污水处理技术之反硝化滤池的原理、结构及应用

1、前言

反硝化滤池顾名思义，是一种具有反硝化脱氮功能的生物滤池，它是在传统生物滤池的基础上发展而来的。由于其具有较好的硝酸盐去除效果，并且具有占地面积小，处理效率高，工程投资费用少等优点[1]，因此在近年来的
污水处理厂提标改造中受到广泛的关注，笔者将主要介绍反硝化滤池的
污水处理原理，组成结构，以及介绍几种典型的反硝化滤池产品。

图1-1 反硝化滤池

2、原理及关键因素

反硝化滤池工艺中进行的脱氮反应大部分是异氧反硝化细菌以有机碳源（常见常见的碳源如甲醇，醋酸和乙醇等）作为电子供体，以硝酸盐或亚硝酸盐作为电子受体的氧化还原过程。还有部分的自养反硝化细菌，以无机的碳（如CO2、H2CO3等）作为碳源，以氢和铁、硫等的化合物为电子供体[2]。

该过程是一个涉及多种酶和多种中间产物并伴随着电子传递和能量产生的复杂生化反应过程，该过程是涉及4种酶：即硝酸盐还原酶、亚硝酸盐还原酶、一氧化氮酶和一氧化二氮酶，它们分别参与硝酸盐转化的4步反应：NO3--N→NO2--N→NO→N2O→N2（如图2-1所示）[3]。

图2-1 反硝化生物滤池脱氮原理[3]

参与反应的酶类对反应条件有一定的要求：pH（7~8）、溶解氧浓度（≤0.5mg/L）、水温（20~35℃）、碳氮比（工程上一般要求≥5:1）等，因此就反硝化滤池而言，保证以上条件是保证脱氮效果的前提。在实际的现场工程中，污水厂对水温以及pH的控制相对稳定，但由于进水水质水量的变化导致进水有机物含量不足，进而使得滤池中的反硝化细菌得不到足够的碳源，造成脱氮效率低下。

另外，所设计滤池的水力负荷，一般的水力负荷设计经验值为0.5~3m3﹒m-2﹒h-1左右[4]，水力负荷较低容易引起堵塞及冲洗维护困难等问题，水力负荷较高则会导致污水与生物膜的接触时间不够，反应不充分也会造成脱单效率低下。

第三，冲洗频率及强度，反硝化生物滤池属于生物膜法，因此在一定的使用期限内需要进行冲洗，以恢复损失的水头。同时将一部分老化脱落的生物膜排出整个滤池，促进新的生物膜生成，就好比活性污泥法中要将剩余污泥排出系统一样，因此反硝化生物滤池需要根据来水的水质水量变化以及生物膜的生长情况，摸索出合适的冲洗频率和冲洗强度。

3、结构组成

反硝化滤池笔者根据水力流态分为上流式和下流式两种形态。上流式的反硝化滤池形态和传统的生物滤池的结构较为类似，污水从下部往上部流动，滤池从下往上分为配水层、承托层、填料层、清水层。下流式的反硝化滤池形态和V型滤池结构较为类似，污水从滤池上部配水槽进入滤料区，滤池从上往下分为配水区、填料区、承托层、出水收集区。

图3-1 反硝化滤池结构

与曝气生物滤池相比，反硝化滤池无需在滤池中增加曝气设备，仅设计用于气洗联合冲洗的反冲设备。为了保证反硝化滤池的正常运行，常常配备有气水联合反冲洗设备。

滤池承托层一般由滤板、滤头（如下图）、承托层滤料组成，反冲洗系统（冲洗水管、冲洗气管）也在承托层的滤板下布置新型的滤池主要将滤头优化为方便布水布气的新型滤砖，优化了气水分配，如图3-2。

图3-2 配水滤头和配水滤砖

滤料也从普通的鹅卵石、砾石等转变为陶粒、无烟煤、火山石以及高分子惰性载体这类比表面积大，截污能力强的载体材料，如图3-3。上流滤池冲洗方向和进水水流方向是同向的，因此在滤池的出水区常常会有一个冲洗废水收集池/槽，冲洗完的废水回流至进水配水区。

图3-3 滤池的几种滤料

4、相关的应用进展及产品介绍

目前反硝化滤池因为其占地较少，兼具SS去除的功能，因此多被设计在二级生物处理后端，作为深度去除脱氮（后置反硝化）、SS去除的强化工艺。也有部分处理水量较小的水厂，将反硝化滤池设计在二级生物处理段和硝化滤池串联使用（前置反硝化）。

反硝化滤池用于后置反硝化处理在欧美等使用已有20~30年的应用经验，对于深度脱氮而言更是实现了出水技术极限（LOT）。知名厂商如美国赛莱默公司和意大利迪诺拉的反硝化深床滤池，就是一种典型的下流式后置反硝化深度脱氮滤池，滤料选用固定型滤料，根据实际需要其滤砖、滤板和滤料可根据应用水厂（污水厂或者自来水厂）灵活选择：对于自来水厂，滤料为主要以石英砂为主，因此承托层采用二次配水滤砖+滤板的形式；对于污水处理厂，滤料从下往上为砾石、鹅卵石和石英砂填料，粒径从大变小，层级变化，因而承托层采用过水孔隙较大的二次配水滤砖。

又如法国威立雅的Biostyr反硝化滤池，其采用了上流式的过滤结构，与其他的反硝化滤池不同的是，其采用了悬浮填料而非传统的固定填料，这类填料呈球形结构，可在污水中漂浮，增加了与污水的接触；第二，滤池的滤板结构的变化，除了配水区上部用于承托滤料的滤板外，在出水区也增加了滤板结构，滤板上均匀分布了滤头，这样在保证脱氮的情况下，也进一步提高了出水SS的去除；第三，反冲洗直接采用重力流冲洗，省去了反冲洗的设备及管道布置，节省了能耗，此类滤池既可以用于前置反硝化也可以用于后置反硝化。

相比较于欧美，国内对反硝化深床滤池的引进和使用相对较晚，但也不乏优秀的公司，比如安徽的华骐环保研发的反硝化滤池，采用的是升流式滤池，在传统曝气生物滤池（BAF）的基础上改进，滤料采用陶粒，核心部件是其自主研发的配水滤头，很好的解决了原有滤池堵塞及配水配气等问题。

这类滤池多用于和传统BAF串联使用，是一类前置反硝化滤池。又如上海奥德水处理有限公司设计开发的一种低充氧反硝化脱氮滤池系统，是一种下流式的反硝化滤池，配水区由滤池上部两侧的配水槽进水，污水从上往下透过滤床，完成过滤和深度脱氮，最后在通过滤池下部的集水槽收集排放，适用于后置反硝化。