在污水处理工艺中，反硝化滤池的应用历史较长，最初出现在上个世纪70年代，主要用于颗粒悬浮物的清除。随后反硝化滤池的建设数量不断增加，能够明显提高出水
水质，成为污水处理的重要技术手段之一。
1、反硝化滤池定义:反硝化滤池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，因此在近年来的污水处理厂提标改造中受到广泛的关注，本文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。
2、反硝化滤池原理及关键因素：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。
1）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）：
2）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。
3）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。
4）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，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。
5）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、结构组成对反硝化滤池的组成：主要包括滤料、砾层、滤砖、堰板、阀门、反冲洗泵、仪表管路、控制系统、碳源投加系统等，既具有过滤功能，又具有生物脱氮功
能。其中滤料能够过滤，并吸附反硝化生物菌群；砾层能避免滤料进入配水系统；滤砖能分配反冲洗气水；堰板能对进水、反冲洗出水进行均衡分配；阀门是控制水和气的
部件；反冲洗泵对滤料进行反冲洗；控制系统则对各个设备、部件进行统一调控；碳源投加系统在分析进水硝酸氮量的基础上，对碳源投加数量进行控制；根据水力流态分
为上流式和下流式两种形态。
1）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。
2）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3-2反硝化滤池结构
3）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正常运行，常配备有气水联合反冲洗设备。
4）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3-4配水滤头和配水滤砖
5）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3-5 滤池的几种滤料
3、反硝化滤池的运行原理：反硝化滤池的系统运行原理是二沉池出水进入滤床后，悬浮物经沉淀、过滤、截留等方式，最终留在滤床中；然后在反冲洗下将其排出废水
池，滤层的过滤性能得以恢复。在冬季由于气温较低，硝化速度、反硝化速度会减慢，为了解决碳源不足的问题，会通过外加碳源的形式，将滤池转变为反硝化滤池；此时
反硝化滤池的运行，滤料层处于缺氧状态，会在表面附着反硝化生物菌群；当出水经过滤料层时，污水中的NO2、NO3就会被生物膜吸附，继而还原成为N2，排除在污水之
外，实现了反硝化脱氮的过程；而且颗粒滤料还具有截留悬浮物的作用。
图4反硝化生物滤池运行原理
3、反硝化滤池应用进展及产品介绍
图5反硝化生物滤池产品介绍
1）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）。
2）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；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：
（1）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；
（2）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。
（3）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；
A.第一,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；
B.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；
C.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。
3)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。
4)反硝化滤池多用于和传统BAF滤池串联使用，是一类前置反硝化滤池。又如上某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。
图5-4-1反硝化生物滤池产品介绍--上流式
图5-4-2反硝化生物滤池产品介绍--下流式
6、反硝化滤池应用案例
6.1、以某市污水处理厂为例，其中污水来源主要是生活污水，设计处理规模为8×104m3/d。
1）进水水质设计参数如下：COD为332mg/L，BOD为114mg/L，SS为259mg/L，TP为4.4mg/L，TN为25.4mg/L，NH3-N为15mg/L。
2）在运行期间，实际进水水质略低于设计标准，考虑到污水来源越来越多，为了满足长远发展的目标，提标改造方案要求进水水质和设计标准一致，污
水经处理后，出水水质满足GB18918-2002中的一级B标准。原工艺针对COD、NH3-N的去除效果较好，能达到一级B标准，但是工艺流程中没有缺氧段、
厌氧段，因此不具备脱氮、除磷功能；本次提标改造的主要目的，就是保证TP、TN达标。
6.2、提标改造方案制定后，对污水处理厂的现状进行分析，认为改造工艺应该减少对目前生产工作的影响，在处理工艺上，一是强化生物处理等级，二
是增加深度处理工艺。强化生物处理等级是在现有设施的基础上，调整滤池功能、优化运行方式，从而提高处理能力，措施包括增加内回流泵，以提升脱
氮效率；减少氧化沟转碟数量，以降低氧化沟的充氧量；在氧化沟增加潜水推进器，以避免淤泥堆积等，但会对现有生产造成影响；增加深度处理工艺是
污水经二级处理后，增加反硝化滤池工序，从而再次降低SS、TN浓度，以满足水质排放标准，对于现有生产不会产生影响。
6.2、本次改造采用增加深度处理工艺的方案，具体流程见下图。
图6.2反硝化生物滤池工艺改造流程案例
6.3、反硝化滤池的工程设计
图6.3反硝化生物滤池工艺改造工程案例
1）反硝化滤池
（1）二沉池出水进入滤池前端的混合池内，其中设置功率为5.5kW的搅拌机1台；同时增设碳源投加点，长度、宽度、深度分别为3m、3m、5.8m；混合池出水经配水渠进入
滤池，滤池结构为矩形的钢筋混凝土，将其分割成4个小部分，单个尺寸为13.4m、5.8mm、5.8m。过滤周期共计23.5小时，其中水、气的冲洗强度分别为每秒4.2L/m2、
25.6L/m2。
（2）为了保证气和水均匀分布，并提高反冲力度，采用气水分布滤砖技术，反冲水进入滤砖后，会在一级分配腔内形成梯度分布；然后经过限流孔进入补偿腔，此时反冲
强度明显提高，并经过滤砖分配孔进入滤床；如此一来滤床反冲洗期间，反冲洗水强度均匀稳定，能够提高反冲洗效率，延长滤池的使用寿命，并减少维护检修工作量。
（3）另外支承层采用3种级配砾石，小粒径为3.2-6.4mm，中等粒径为6.4-12.7mm，大粒径为12.7-19.1mm；滤料使用石英砂，粒径在1.7-3.35mm之间。
图6.3-1-3反硝化生物滤池工艺
2）综合水池：反硝化滤池建设完成后，还要配套建设新的综合水池，主要包括二级泵池、反冲洗废水池、反冲洗水池等组成。其中，二级泵池的作用，是提升二沉池来水
从而进入滤池混合池，长度、宽度、深度为6m、6m、5.3m，设置潜水提升泵3台，单泵扬程为5m，流量为每小时850m3。
（1）反冲洗废水池的作用，是缓冲反冲洗产生的废水，尺寸大小为6m、6m、3.3m，设置功率2.2kW的潜水搅拌机1台。
（2）反冲洗水池有两个作用：一是滤池的集水池，能减小下游水位对滤池出水渠道水位的影响；二是反冲洗用水的集水池，以满足滤池反冲洗操作时的水量需求。尺寸大
小为6m、6m、5.3m，设置潜水提升泵3台，单泵扬程为12m、流量为每小时590m3。
图6.3-2-2反硝化生物滤池工艺改造流程案例(冲洗与反冲洗系统)
3）反冲洗鼓风机房：新建1座鼓风机房，长度、宽度均为6m，内部装设3台风机，单台功率为110kW，风压为58.8kPa，风量为每分钟60m3；另外考虑到运行期间产生的振动
和噪音，另外加用隔振沟、设备罩等设施。
图6.3-2-3反硝化生物滤池工艺改造流程案例(风机房)
4）碳源投加系统：在冬季低温条件下，为了满足碳源需求，增设1套碳源投加系统，用于反硝化滤池内的碳源投加，以提高生物脱氮效果，保证出水TN浓度达标；其中选用
醋酸作为投加碳源，投加位置在滤池前端的混合池内；醋酸储罐容积为10m3，设置3台加药泵，单泵扬程为60m，流量为每小时50L。碳源的投加采用前后反馈复合环路控
制，系统能收集进水流量、氧浓度、硝基氮浓度信号，从而准确计算出投加数量，避免因投加过量造成出水BOD值过高。
图6.3-2-4反硝化生物滤池工艺改造流程案例(碳源投加系统)
5）自控系统：新增的自动控制系统，能够和超声波液位计联动，从而实现自动调节运行的功能。控制软件包括反冲洗周期设定、反冲洗频率设定、进水泵控制、反冲洗鼓
风机控制、电动蝶阀和闸门控制、碳源投加量控制等。
图6.3-2-5反硝化生物滤池工艺改造流程案例(自控系统)
6.4、反硝化滤池的调试和效益：本次提标改造工程的工艺技术可靠，改造后系统水质、水量冲击负荷承受能力明显提高，提高了出水标准。污水经处理后，TN指标达到了
一级B标准，COD、BOD、SS、TP、NH3-N则达到了一级A标准，在深化处理的同时节约了资金成本。改造后的系统维护工作少，池体不需维护，因此管理更加方便。
7、结语：综上所述，依据反硝化滤池应用案例的运行现状和需求制定提标改造方案的分析，其中包括反硝化滤池的工程设计，包括反硝化滤池、综合水池、反冲洗鼓风机
房、碳源投加系统、自控系统等部分设计改造；实际结果显示污水处理后满足排放标准，而且节约了资金投入，简化了管理工作；因此反硝化滤池工艺作为污水处理厂提标
改造工程的首选方案不失为一种明智的选择！
图7-1反硝化生物滤池工艺改造案例
图7-1反硝化生物滤池工艺改造案例(安装现场)
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