反硝化深床濾池在市政污水深度處理中的研究進(jìn)展

1、反硝化深床濾池在市政污水深度處理中的研究進(jìn)展 摘 要 反硝化深床濾池是將過濾和生物脫氮功能合 二為一的處理單元，一池多用，具有占地面積小、出水水質(zhì) 好、產(chǎn)泥量少，且自動(dòng)化操作性強(qiáng)等特點(diǎn)。本文闡述了反硝 化深床濾池的工藝機(jī)理和特點(diǎn)，以及濾料、掛膜與啟動(dòng)、碳 源投加控制系統(tǒng)等方面內(nèi)容，展望了反硝化深床濾池的發(fā)展 趨勢(shì)。 關(guān)鍵詞 反硝化深床濾池；深度處理；市政污水 中圖分類號(hào)： X703.1 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 1009-914X （ 2018） 31-0170-01 1 前言 近年來，隨著政府及環(huán)保部門對(duì)水污染控制的日益重 視，部分沿海地區(qū)市政污水處理廠出水需提標(biāo)至地表水準(zhǔn)w 類標(biāo)準(zhǔn)，因

2、此許多深度處理工藝應(yīng)運(yùn)而生。我國(guó)大多數(shù)的市 政污水處理廠采用 A/O 、A2/O 等活性污泥法處理污水。 但存 在碳源不足導(dǎo)致脫氮效果差、出水 NO3-N 濃度高、 COD 和 NH4+-N 濃度不穩(wěn)定等問題。 市政污水處理廠二級(jí)出水含有一定的氮和磷，隨著排放 量的增加，大量硝酸鹽排入水體，對(duì)飲用水水源造成嚴(yán)重污 染，造成水體的富營(yíng)養(yǎng)化。傳統(tǒng)的深度處理工藝對(duì)磷有較高 的去除率，但對(duì)二級(jí)出水中硝酸鹽氮濃度的去除或降低無能 ? 榱r ?導(dǎo)致tn的去除率很有限。反硝化深床濾池作為一種新 型污水處理技術(shù)，已成為市政污水深度處理領(lǐng)域研究和應(yīng)用 的熱點(diǎn)。 2 反硝化深床濾池簡(jiǎn)介 反硝化深床濾池實(shí)質(zhì)上是一種

3、填充式的固定膜反應(yīng)器。 它是與給水過濾相結(jié)合的一種生物膜法廢水處理工藝，屬于 生物過濾技術(shù)。細(xì)菌和其它微生物以一層薄膜生長(zhǎng)在固體介 質(zhì)上，當(dāng)流體在固體濾料上流過時(shí)，利用濾料的攔截和濾料 上生物膜的生物降解雙重作用來將污染物加以去除。 2.1 系統(tǒng)組成 反硝化深床濾池系統(tǒng)組成如下： 濾料：均質(zhì)石英砂，圓形尺寸范圍為 1.7-3.3mm 。撐托 填層：由五種規(guī)格的礫石交叉層分布，尺寸范圍為 3-19mm 濾磚：“ T ”型氣水分布濾磚，提供超強(qiáng)的反沖洗氣水分配性 能。反洗氣管：當(dāng)濾池需氣洗時(shí)，反洗進(jìn)氣管提供均勻的反 沖洗氣分配。進(jìn)水堰板：使濾池與反沖洗水槽分開，為進(jìn)水 和反沖洗出水的均勻分配提供條

4、件。控制系統(tǒng)： PLC 可編程 控制器，人機(jī)對(duì)話多界面顯示屏，可系統(tǒng)控制濾池內(nèi)部所有 運(yùn)轉(zhuǎn)設(shè)備。閥門：手動(dòng)和自動(dòng)閥門控制水和氣的進(jìn)出。碳源 存儲(chǔ)和供給系統(tǒng)：一般為乙酸鈉，根據(jù)進(jìn)入濾池的硝酸氮量 來控制碳源投加量。反洗水泵：為濾池濾料的反沖洗和氮?dú)?釋放系統(tǒng)提供反沖洗水。反洗風(fēng)機(jī)：由羅茨鼓風(fēng)機(jī)按設(shè)定的 風(fēng)量，通過整個(gè)濾池底盤輸入反沖洗空氣。其它設(shè)備：現(xiàn)場(chǎng) 儀表、閥門、管道和驅(qū)氮系統(tǒng)等。 2.2 工藝機(jī)理 反硝化過程是多種酶和中間產(chǎn)物伴隨著電子傳遞和能 量產(chǎn)生的生化反應(yīng)過程，是以有機(jī)碳源作為電子供體，以硝 酸鹽氮或亞硝酸鹽氮作為電子受體的氧化還原過程，反硝化 過程涉及四步生化還原反應(yīng)，N03 NN

5、02 NNO N2ON2。 反硝化過程中硝酸鹽和亞硝酸鹽轉(zhuǎn)化是通過反硝化細(xì)菌的 同化作用和異化作用完成的。 參與反應(yīng)的反硝化細(xì)菌在自然環(huán)境中非常普遍，反硝化 細(xì)菌分為兩大類。一類是只將硝酸鹽轉(zhuǎn)化為 N2 ，包括無色 桿菌屬等；另一類是含有反硝化的全部酶系，能將硝酸鹽還 原為N2，包括生絲球菌屬等。其中大多數(shù)是兼性細(xì)菌，有 分子態(tài)氧存在時(shí)，反硝化細(xì)菌利用硝酸鹽和亞硝酸鹽中的 N5+和作為能量代謝中的電子受體，02-作為受氫體生成H20 和 OH- ，有機(jī)物作為碳源及電子供體提供能量并被氧化。 反硝化深床濾池的主要特點(diǎn)是其內(nèi)部為缺氧環(huán)境，不需 要獨(dú)立的曝氣系統(tǒng)，生物膜中的優(yōu)勢(shì)菌種為缺氧反硝化菌，

6、反硝化菌最合適的生存溫度為 20-35 C。 3 研究進(jìn)展 3.1 濾料的選擇 濾料是反硝化深床濾池工藝的核心，常用的是石英砂、 生物陶粒、沸石等。在濾池濾料的選擇方面，如鄭俊等以江 蘇宜興污水處理廠的二級(jí)出水作為研究對(duì)象，對(duì)采用石英砂 和陶粒作為濾料的下向流反硝化濾池進(jìn)行中試試驗(yàn)，結(jié)果表 明兩種濾料對(duì) TN 的去除率能達(dá)到 90%以上。在濾料粒徑的 選擇方面，Rebecca Moore等研究了尺寸范圍分別為1.5 3.5mm和2.54.5mm濾料對(duì)濾池處理效果的影響，結(jié)果表 明小尺寸濾料比大尺寸濾料更有利于脫氮，但不適用于較高 水力負(fù)荷環(huán)境。小粒徑濾料更有利于反硝化細(xì)菌掛膜，具有 較好的脫氮

7、效果。但小粒徑會(huì)使運(yùn)行周期變短，不易清洗， 反沖洗水量大等缺點(diǎn)。所以在濾料的選擇上應(yīng)綜合考慮濾料 的種類、粒徑等因素。 3.2 掛膜與啟動(dòng) 反硝化深床濾池的啟動(dòng)與一般生物膜法的啟動(dòng)方式一 致。在反硝化深床濾池的掛膜啟動(dòng)方面，周碧波等研究了反 硝化濾池的掛膜與啟動(dòng)過程，采用在設(shè)計(jì)流量下的自然掛膜 方式， 在投加碳源后 25 天掛膜成功， 掛膜穩(wěn)定后對(duì) TN 的去 除率較高。孫迎雪等對(duì)反硝化濾池采用活性污泥接種掛膜， 14 天后掛膜成功，掛膜穩(wěn)定后對(duì) TN 的去除率達(dá)到 80%。相 對(duì)自然掛膜而言，接種掛膜所需時(shí)間短，但自然掛膜所產(chǎn)生 的生物膜更穩(wěn)定，在碳源充足和溫度適宜下，反硝化細(xì)菌繁 殖較快。

8、尋找經(jīng)濟(jì)、快速的啟動(dòng)方式對(duì)污水處理廠的實(shí)際運(yùn) 行有較大的參考價(jià)值。 3.3 碳源投加控制系統(tǒng) 碳源的精確投加直接影響運(yùn)行費(fèi)用和反硝化深床濾池 的脫氮效果。 若碳源投加量不夠， 則達(dá)不到反硝化預(yù)期效果； 若投加過量，不但會(huì)增加系統(tǒng)的運(yùn)行費(fèi)用，還使出水 COD 指標(biāo)過高。碳源的投加量除了與進(jìn)、出水硝態(tài)氮濃度有關(guān)， 還與反硝化深床濾池進(jìn)水溶解氧有關(guān)。碳源投加采用前后反 饋復(fù)合環(huán)路投加控制，通過換算，精確控制碳源投加，保證 濾池反硝化效果的同時(shí)避免因碳源投加過量引起出水 COD 過高的風(fēng)險(xiǎn)。 4 反硝化深床濾池的工程實(shí)例 目前，反硝化深床濾池與其它工藝組成組合工藝，大多 運(yùn)用在出水達(dá)到一級(jí) A 標(biāo)的污

9、水處理中， 很少用于出水水質(zhì) 達(dá)到地表水準(zhǔn)W類標(biāo)準(zhǔn)的市政污水處理工程。部分國(guó)內(nèi)應(yīng)用 反硝化深床濾池出水執(zhí)行地表水準(zhǔn)W類標(biāo)準(zhǔn)工程實(shí)例如下： 溫嶺北城污水處理廠，處理規(guī)模：1.0 x 104,處理工藝： A2/O+二沉池+反硝化深床濾池+混凝反應(yīng)沉淀池+超濾；溫 嶺新河污水處理廠，處理規(guī)模1.6 x 104，處理工藝：A2/O+ 二沉池 +反硝化深床濾池 +混凝反應(yīng)沉淀池 +超濾；玉環(huán)市污 水處理廠：處理規(guī)模 6.0 x 104，處理工藝：氧化溝+二沉池+ 高效沉淀池 +反硝化深床濾池 +超濾。 5 總結(jié) 反硝化深床濾池作為目前新型的污水深度處理工藝，具 有投資少、占地省、同時(shí)具有去除懸浮物、脫氮

10、和除磷的復(fù) 合型功能、處理效率高等特點(diǎn)，尤其是能有效解決市政污水 處理廠二級(jí)出水因硝酸鹽氮濃度過高而引起 TN 超標(biāo)的難 題。 根據(jù)目前反硝化深床濾池的研究和應(yīng)用情況，后續(xù)研究 的方向如下：開發(fā)高效廉價(jià)的無機(jī)輕質(zhì)濾料；開發(fā)新型經(jīng)濟(jì) 安全的碳源；研究反硝化深床濾池生物膜的特點(diǎn)和快速啟動(dòng) 方式；開展反硝化作用微生物的分子生態(tài)學(xué)和分子生物學(xué)方 面的研究，應(yīng)用現(xiàn)代分子生物學(xué)技術(shù)，研究反硝化過程中微 生物之間的相互關(guān)系和作用機(jī)制。 參考文獻(xiàn) 1 張亮平 .深床反硝化濾池在市政污水深度處理中的應(yīng) 用J.凈水技術(shù)，2015, 34 ( 5): 109-111. 2 譚新剛 .改進(jìn)的生物反硝化濾池在污水深度處理中的 應(yīng)用研究 .哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學(xué)，2007. 3 周碧波，操家順，徐