目前我国现行《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB 18918—2002)将基本控制项目的常规污染物标准值分为三级标准，其中一级标准分为A标准和B标准。统计资料显
示截至2020年底，我国已累计建成污水处理厂4552座，出水水质执行一级A标准比例约37%。根据《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB 18918—2002)与《地表水环境质量
标准》(GB 3838—2002)相关规定，污水厂出水水质若要由一级B标准提升至一级A标准，除了需要进一步降低水中SS、BOD5、COD等物质的浓度外，重点在于脱氮除磷；
另一方面污水厂一级A标准出水较地表Ⅴ类水体水质还有一定的差距，若要满足水体富营养化控制要求，污水厂需采用深度处理工艺，降低TN、TP排放;此外随着国家“水
十条”的实施，水污染的防治力度切实加大，部分地区制定了更为严格的地方标准，将排入地表水体氮、磷等污染物的排放限值规定进一步接近或达到地表Ⅳ类水体水质，
但结合我国实际发展情况，大部分地区还应以一级A标准为污水处理的主要目标，因地制宜地实施污水处理厂的升级改造刻不容缓。
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。
2、深床反硝化滤池的工作原理：深床反硝化滤池工艺在我国的市政污水处理中的应用较为广泛，在该工艺中，重力流滤池特别重要，可以同时过滤悬浮物、总磷及总氮这
三种污染物。
1)过滤原理分析
（1）截留原理：深床反硝化滤池的过滤主要应用两种原理来完成对水质的净化，其一是机械过滤，其二则是直接在滤料上完成沉积。机械过滤的原理是将污水当中大于滤
料的污染物，进而让这些已沉积的污染物不会透过筛孔一起流出。在这个过程中，可以认为筛孔越小，污水处理力量则越好；而滤料的上沉积则是针对于悬浮颗粒物的，其
可以和污水共同流淌，和其他污染物相比，悬浮颗粒物较小，无法截留，所以可以应用滤料上积累取得的过滤效果较好。
（2）吸附原理：污水的深度处理过程中，颗粒物可以直接被吸附到滤料的表面，但是由于这种吸附是由于物理作用而形成的效果，所以需要提高滤速。当前过滤主要原理
是内聚力以及挤压力，可以很好地净化水源。
（3）脱附原理：污水处理过程中，已沉积颗粒物可能会包裹在滤料表面上，进而挤占滤孔的空间，随着设备使用时间的延长，这种滤层的阻力也会越来越高。所以许多截
留物也就很难实现脱附，进入滤料的深层当中。滤料需要定期清理和冲洗，从而保证工作性能。但是在深床反硝化处理系统当中，具有反冲洗系统，可以实现污染物的脱
附，集中分布于孔口部位，通过反复冲洗就可以显著提高运行效率，保证滤池运行的连续性，提高了污水处理量，节省了费用。
2)脱氮原理分析：污水处理工作中，深床滤池当中的滤料长期处于缺氧状态，而滤料表面也会吸附数量巨大的微生物菌群，应用二级生化方式来进行处理，之后出水就可以
在重力作用下形成水流，实现流通。但是污水当中的化学成分是较为简单的，举例来说，其他化学成分如硝酸盐以及亚硝酸盐都会吸附在滤料的表面上。此时生物就可以通
过吸附作用，将这些物质加以还原，成为N2气体，直接在污水中，实现脱氮功能。颗粒滤料可以拦截悬浮颗粒物，起到相应的净化效果。反硝化菌这种微生物兼具缺氧和异
氧的作用，可以在缺氧环境下完成反应，但是在详细应用中，反硝化菌可以将硝基氮还原，并且将其中的有机物作为电子供体，甲醇就是一种常见的电子供。污水处理设施
当中的三级处理工艺中，反硝化滤池当中所包含的碳源量较少，这也是保证菌群有足够活性的基础；在污水处理过程中，滤池作为重要的一个环节，在碳源的投加过量状况
下，此时污水厂就会消失BOD超标的问题。针对反硝化滤池中所消失的投加机制，其中属于其特有的信号为：进水流量、溶解氧浓度、出水硝基氮的浓度以及进水硝基氮的
浓度信号，可以关心人们精确把握碳源投加量的状况，进而可以实现节能以及经济掌握的目标。
3)分析碳源投加实施掌握的系统：由于碳源精确度直接对反硝化中的滤池所具有的脱氮状况以及运用费用都有直接影响，因此，在处理过程中就需要严格掌握碳源投加量。
如遇到高跌水的状况会导致其进水DO上升，而且反硝化反应过程中，整个环境都属于缺氧的状况，进而DO含量也会带来影响，即反硝化的效果以及甲醇消耗状况。在碳源
投加前后，工作人员需要反复进行投加掌握，即从掌握该系统中的进水溶解的氧浓度、进水流量以及进水硝基氮的浓度等。滤料中存在的N2或者是DO的累积状况，此时会
导致滤池中的水头损失渐渐增加，此时就可以通过单独的水进行反冲，进而可以释放出对应的气体。
4)通过化学方式进行除磷原理分析：针对污水中的化学除磷主要运用的是“微絮凝过滤”方式进行处理，然后通过加强对污水中实施投加无机的金属盐药剂或者是污水中具
有溶解性的盐类进行处理，可以更好地形成具有溶解作用的物质，进而可以提升过滤处理的力量。通过此方式主要通过悬浮物方式而有效除去磷。
3、深床滤池设计要点：深床滤池对整体污水处理力量的影响作用特别明显，所以在深床小池设计过程中，需要对其外形进行科学分析，举例来说，可以将进水堰的外形进
行调整，圆弧形的液面有助于提高水位，避开污水进水跌落；在详细应用过程中，还需要对现有的反硝化功能进行补充和完善；圆弧形的进水堰也有利于流水向滤池两侧的
流淌，可以最大程度上缩小水流的落差，避开处理当中的碳源消耗，有助于掌握生产成本；详细设计也需要结合污水类型、处理总量的需求来进行调整。
4、影响反硝化效果的关键因素
1）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。
2）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。
3）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。
4）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。
5、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5-2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的正常运行，常配备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5-4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5-5 滤池的几种滤料
6、反硝化滤池的运行注意事项：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6反硝化生物滤池运行原理
7、反硝化滤池应用进展及产品介绍
图7 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7-4-1反硝化生物滤池产品介绍--上流式
图7-4-2反硝化生物滤池产品介绍--下流式
(末完、待续) |
