市政污水处理厂反硝化深床滤池脱氮在提标中的应用
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摘 要：笔者在市政污水处理厂调试和运行工作多年，通过对脱氮效果的工艺技术分析和对比总结了大量的经验，在污水厂的设计工艺选择和工艺运行提供了大量的设计参数和运行参数，对污水厂的脱氮稳定运行有重大的意義，特别是对有些水厂提标中采用反硝化深床滤池对碳源的利用是非常有效的。
关键词：脱氮;污水处理厂;反硝化深床滤池;稳定运行
市政污水中的脱氮工艺是现有工艺的重要阶段，在污水处理系统中部分含氮物质在初沉池中沉淀去除，剩余的含氮物质进入后续的生化系统。总氮-凯氏氮=亚硝酸盐氮+硝酸盐氮，凯氏氮-氨氮=有机氮，市政污水中形式主要有游离氨（NH3）与离子状态铵盐（NH4+）两种，游离氨（NH3）浓度可随着PH和温度的增加而增大。
含有有机氮的农药有：氨基甲酸酯类、脲类、杂环胺类等等，脱氮主要有化学法、物理法、膜法以及生化法。
电渗析和反渗透法处理硝态氮效果可达40%～85%，离子交换法处理硝态氮应用较广泛。活性炭吸附是去除可溶性有机氮最有效的方法。
湿式氧化、湿式催化氧化、超临界水氧化法、超声氧化法、电化学氧化法、光化学氧化法、等离子体技术等高级氧化法是通过化学反应产生氧化性极强的羟基自由基，即可以降低污水中的有机物又可以使难降解的含氮有机污染物的有效分解成易分解的物质，通过高级氧化法可将含氮有机物转化为二氧化碳、水、氨气等。
1 物化法
市政污水在碱性条件下，通过对吹脱效率与温度、PH、气液比有关参数进行调节，利用物质的气相浓度、液相浓度之间的气液平衡关系进行分离。
一般认为沸石去除氮的方法是通过沸石中的阳离子与污水中的铵离子进行离子交换来降低总氮的目的。
膜分离去除方法是通过膜的选择透过性降低了出水中的含氮物质。
2 MAP法
通过投加Mg2+和PO43-使之与废水中的氨氮生成难溶的复盐MgNH4PO4.6H2O（简称MAP）沉淀物，从而达到净化废水中的氨氮，MgNH4PO4.6H2O（简称MAP）俗称鸟粪石，其营养成分比其他可溶性肥料释放速度慢，故可作缓释肥料，堆肥、花园土壤，MAP不吸附重金属，作农肥时不会对农作物产生危害。
Mg2+可以用MCL2、MgO、Mg（NO3）2等，PO43-可用H3PO4或Na2HPO4、Na2HPO4·12H2O等。
3 折点加氯
废水的PH>9时氨氮大多数以NH3形式存在，当PH升高至11左右时，水相中的氨氮几乎全部以NH3形式存在。
研究表明：当CL/N重量比在8∶1-10∶1时废水中的85%～90%的氨氮氧化为氮气，为了保证完全反应投氯量应大于理论计算值7.6，PH为中性条件时氯化最为合适，反应后产生酸，所以需要补充一定量的碱来维持中性，一般投加NaOH或石灰水补充碱度。
4 生物脱氮法
4.1 硝化反应
含氮有机物被微生物分解，可生成无机NH3-N称为氨化过程，通过微生物对含氮有机物进行氨化作用、亚硝化反应、硝化反应，系统运行中调整曝气条件及合理的停留时间，将有机氮转化为硝酸盐，系统中设置内回流并将硝酸盐混合液回流至系统的缺氧段。
4.2 反硝化反应
生物脱氮去除1g的硝态氮需消耗3.70g化学需要量。反硝化碳源可利用更多形态的有机物，C/N（BOD5/N）>2.86，转化1gNO3—N需要碳源有机物为2.86g，实际工程中比值应大于3左右，BOD5/KN在5-8之间不必外加碳源。
5 反硝化深床滤池
反硝化深床滤池是常规滤池的深度改造，即有高效的生物脱氮作用又有普通过滤池的过滤作用，反硝化深床滤池是生物脱氮和过滤的双重作用，即减少了工艺构筑物占地也提高了系统的脱氮率，通过实践运行其脱氮效果优于普通的A2O工艺。
反硝化深床滤池采用石英砂作为填料，填料的深度比普通滤池较大，深度可设置为1.8～2.4m，市政污水厂的深床滤池的运行中，其出水SS和总氮均可达到准四类的出水标准，运行中为了避免滤池的堵塞或板结，降低过滤水头，可采用气洗、气水联合反冲洗、水洗或漂洗等运行操作方式。反冲洗是反硝化深床滤池的重要运行保障，通过反冲洗和强度较高的空气使填料相互擦洗，并且可将老化的生物膜脱落，提高滤料的生物膜活性，运行过程中的冲洗水量较少，对系统的处理水量影响较低。
现有的运行经验表明，在无需化学加药除磷的情况下，可以满足出水水质BOD<5mg/L，SS<5mg/L，TN<3mg/L，TP<1mg/L（一定的进水水质条件下）;在进行化学除磷的情况下，出水TP<0.3mg/L。
主要功能：
TN的去除：通过深床滤池进水投加碳源，保证生物脱氮的碳氮比例，通过反硝化细菌将硝态氮（硝酸盐）转化为氮气来降低污水中的总氮。
通过市政污水厂的运行，其反硝化深床滤池的总氮可完全达到3mg/l以下，运行过程中要提高反硝化菌与污水的混合接触，为了防止填料内氮气积聚造成构筑物的水头损失的增加，运行一段时间后需要进行系统内1-2分钟氮气的驱散，维持构筑物稳定的水头，保证系统的正常运行。
悬浮物去除：悬浮物指标是出水排放标准的要求达标的因子之一，系统出水中悬浮物是微生物的残骸，是有机成分，对出水中的COD有较大的贡献，所以必须控制出水中的悬浮物浓度，通过对反硝化深床滤池的系统运行，可完全保证出水悬浮物达到3mg/l以下。
去除TP：反硝化深床滤池去除悬浮物即可降低出水中悬浮物对总磷的贡献，填料通过挂膜生长微生物，微生物其自身的合成需要磷元素，也可降低出水中的总磷。另一种运行方式是可省略滤池前端的混凝沉淀构筑物，可采用直接过滤的方式在进水中投加除磷剂，产生的沉淀物通过反硝化深床滤池的过滤，降低出水中的总磷，该运行模式可降低混凝沉淀构筑物的投资，减少了占地面积。 主要特点：
A.一种重力流、单层滤料、深床非连续过滤的快滤池;
B.一池多用，无需对滤池进行改动，可灵活转换运行模式;
C.具有良好的生物脱氮功能，NO3-N<10mg/L（TN<15mg/L）;
D.具有良好的除磷功能，TP<0.3mg/L（TP<0.5mg/L）;
E.對悬浮物具有良好的去除能力，SS<5mg/L，浊度<2NTU;
F.滤床具有足够的保护深度，防止水质穿透;
G.滤池抗冲击负荷特强，短期3-5倍的污泥负荷冲击，出水不受任何影响;
H.滤池布气配水不采用滤柄滤头，无传动部件，无磨损、永不堵塞、无滤网不用滤柄，滤料不磨损、不跑砂;
I.滤池过滤周期长，反冲洗水量少通常为2%-3%，节省处理成本。
主要参数：
A.硝酸盐氮负荷一般采用0.8-1.2kgNO3-N/m3·d，水力负荷120-160m3/m2·d，空床接触时间20-30min。
B.过滤填料采用石英砂，填料高度建议取值为1.8～2.4m，石英砂粒径建议取值2～3mm，填料莫氏硬度建议取值6-7，填料比重建议取值大于或等于2.6，填料酸溶度建议不超过3%。反硝化深床滤池下部承托层建议采用鹅卵石五种级配分布，其承托层厚度值建议为450mm。
C.气水反冲洗工序。运行方式为先气冲4-6min，气冲强度15-25L/m2·s，再气水同时反冲10-20min，气冲强度15-25L/m2·s，水冲强度3-4L/m2·s，反冲洗周期一般12-24h。
D.运行结果显示：只要碳源充足硝酸盐浓度28-30mg/l可降至6mg/l以下。
运行注意事项：
A.进水中投加的碳源选择，建议选择乙酸或乙酸钠，满足碳源的高效利用。
B.通过运行总结碳源的投加量，避免过量投加碳源造成反硝化深床滤池出水COD的超标。
C.当反硝化深床滤池闲置时阶段性的进行反洗，保证填料表面的板结。
D.有效的控制进水的总磷，满足反硝化深床滤池的挂膜需要。通过实践运行建议按照微生物合成比例碳氮磷100∶5∶1调整，保证反硝化细菌正常生理需要。
E.反冲洗、气洗及驱氮等操作应当根据进水水量和脱氮效果进行调整，保证过滤水头及脱氮效果。
现有的市政污水处理厂因进水碳源不足，再加之系统的工艺设计的弊端导致了系统脱氮达标排放需要运行中投加大量的碳源如：乙酸钠、乙酸、葡萄糖、甲醇等碳源，万吨污水厂吨水碳源费用高达约0.2-0.35元，不仅提高了碳源药剂费用而且造成了大量的碳源转化为活性污泥，以至于系统脱泥费用、外运处置费用等多余费用的增加，所以有必须根据系统的达标要求，调整工艺设计和系统运行参数，为此，建议提高缺氧池的停留时间，减少曝气池的曝气时间，避免回流带给缺氧池的多余的氧气，在有些地方的污水厂出水标准要求达到准四类，建议后续采用反硝化深床滤池，提高投加碳源的利用率。
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