上向流反硝化深床滤池在污水厂 提标 改造工程 中的应用

叶昌明 ， 伍 波, 戴文权，彭金城

根据污水厂提供的水质数据进行分析，确定上向流反硝化深床滤池设计进、出水水质如下表1所示。

表 1  设计进、出水水质

根据原工艺流程实际运行来看，SBR工艺出水SS不稳定，容易造成纤维转盘滤池堵塞，清洗维护麻烦；同时，需要脱氮处磷。为此，在SBR池后新增精细格栅和上向流反硝化深床滤池，确保出水水质达标排放，改造后详细工艺流程如下 图1 ：

图 1  改造后工艺流程图

新建的上向流反硝化深床滤池主要设计参数如下：上向流反硝化深床滤池装备呈两侧对称布置，每侧8格，每2格为1组，共计8组（16格），采用碳钢防腐结构；单格尺寸（L×B×H）为12.0 m×3.0 m×4.5m，单格有效过滤面积为36 m   ²   ；设计处理规模为10.00万 m   ³   /d，最大流量为13.00万m   ³   /d（K   _z    = 1.3）；平均滤速为7.2m/h，强制滤速为8.3m/h，最大滤速为9.4m/h；滤料采用石英砂，粒径为2-4mm，滤料层高2.5m，空床停留时间为20.8min。

该水质净化厂（一期）提标改造项目从2018年12月底通水调试，运行至今已有2年，运行期间其出水水质稳定达到《地表水环境质量标准》（GB 3838-2002）准Ⅳ类标准，并达到设计产水规模。上向流反硝化深床滤池运行过程中采用含量25%乙酸钠溶液（NaAC）作为外加碳源，记录了2019年4月份至2019年12月份脱氮效果，结果如 表 所示：

表2 不同月份乙酸钠投加量脱氮效果

由上 表 2数据可知，经过上向流反硝化深床滤池的处理后，出水TN平均浓度能够低于10 mg/L，可以发现随着总氮去除量的增加相应的碳源投加量也会随之增加，其中在12月份碳源投加量达到了最大值，为178.31 mg/L，相对应的总氮去除量为13.69 mg/L。根据表2中乙酸钠投加浓度与TN去除量的数据，可以计算出4月～12月反硝化深床滤池去除单位硝态氮消耗的乙酸钠投加量（NaAC/△TN），结果可见图2。

图2 不同月份单位硝态氮消耗的乙酸钠投加量

图3 上向流反硝化深床滤池4月份TN处理效果

图3是该水质净化厂（一期）提标改造后上向流反硝化深床滤池4月份TN的处理效果，结果显示在进水TN为10～20mg/L之间，出水TN≤5mg/L，TN去除率为50%～80%。同时，可以发现深床滤池具有良好的抗冲击负荷能力，在进水TN波动较大的情况下也能够保证出水在10mg/L以下。

随着三部委印发《城镇污水处理提质增效三年行动方案(2019-2021年)》，2020年广东省某水质净化厂（一期）污水管网修复、雨污分流的逐步完善，污水厂进水水质浓度提高，提质增效后上向流反硝化滤池进水总氮较2019年明显升高，结果可见图4。

图4 上向流反硝化滤池提质增效后进水TN浓度

图5 上向流反硝化深床滤池11和12月份的TN处理效果

图5是上向流反硝化深床滤池11月份和12月份的TN处理效果，从运行的数据可以看出，进水TN为 22.7～38.2 mg/L之间，经深床滤池处理后出水能够稳定低于12 mg/L，去除率高达57.5%～80.6%。与此同时，还发现滤池最大的TN去除量高达29.4 mg/L，相应的反硝化负荷达到了2.08 kgNO   ₃   -N/（m   ³   ·d）。即使在进水TN超设计值90% 的情况下，出水TN依旧能稳定低于12mg/L，说明上向流反硝化滤池脱氮效率极高。因此，针对一些生化池TN处理效果不理想且具备改造条件的工程，上向流反硝化深床滤池是非常适合作为其深度处理工艺。同时，该深床滤池脱氮能力极强，能够为用户后续再次提标升级留有充分的空间。

此外，上向流反硝化深床滤池采用石英砂的固定滤床，具有较好的同步脱氮除磷功能，运行过程中在SBR池投加除磷剂，经上向流反硝化滤池截留过滤，TP去除率能够达到20%～40%，出水TP能够稳定低于0.3 mg/L。同时上向流反硝化滤池能够进一步确保出水达标排放，出水COD≤30 mg/L、BOD   ₅   ≤6 mg/L 、SS≤5 mg/L。反硝化深床滤池进、出水COD、BOD   ₅   、SS和TP浓度见下表3所示。

表3 深床滤池进、出水COD、BOD5、SS及TP

本提标改造工程新增精细格栅和上向流反硝化滤池模块化装备，新增占地面积仅1300 m   ²   ，新增装机功率600 kW，运行功率480 kW，新增吨水电耗费用约为0.05元；乙酸钠消耗量为4187.4 t，乙酸钠市场价按照1600元/t，新增吨水乙酸钠费用为0.177元，共计新增吨水直接运行费用为0.227元。

（1）具有同步脱氮除磷功能，脱氮效率高，出水TN可低至5mg/L

上向流反硝化深床滤池采用底部进水、上部出水的上向流过滤方式，利用管道封闭式进水，解决下向流滤池进水时跌水增加溶解氧浓度的问题，通过控制较低的溶解氧浓度，可有效提高脱氮效率。根据工程应用情况，上向流反硝化深床滤池可通过过滤作用，实现SS和TP的去除，经反硝化作用去除TN，其出水可稳定达到TN≤10mg/L，且通过工程试验验证，处理出水TN可低至5mg/L。

（2）进水不复氧，碳源投加量可节省30%以上

根据工程经验总结，反硝化滤池碳源投加量的计算公式为：碳源投加量=2.86×去除NO   ₃ ^-   量+1.71×去除NO   ₂ ^-   量+去除DO量。常规下向流反硝化深床滤池因进水跌落充氧，会造成碳源大量浪费，同时因DO浓度高而滤料繁殖大量异养菌；上向流反硝化深床滤池进水与空气隔绝，避免了复氧过程。实践发现，相较于下向流反硝化深床滤池，上向流反硝化深床滤池碳源投加量可节省30%以上。

（3）纳污量大，反洗周期长，可省去高效沉淀池

上向流过滤是基于“反粒度”理论，在过滤过程中，水流由下而上先通过粒径较粗的滤层而后通过较细的滤层，整个滤层截污均匀，大大提高了滤料层的纳污量，延长了反冲洗周期，根据一些工程项目，上向流反硝化滤池反洗周期通常为24～48h，相对应的水头损失达到3m左右。而下向流滤池大部分截污集中在表层50cm，没有发挥下部的截留作用。据试验数据表明 ，同等条件下，上向流滤池的纳污量为下向流的5倍以上。因此，上向流反硝化 深床 滤池在纳污量提高的基础上，延长了反冲洗周期，可以更好地发挥出同步除磷性能，在用地紧张的污水厂提标项目中，可省去高效沉淀池，大大节省投资成本。

（4）无需驱氮设施，且进一步保证微生物活性

在下向流反硝化 深床 脱氮过程中，点状氮气气泡会聚集在介质的表层，形成“气堵”现象，滤速低，必须借助外力进行驱氮，恢复水头。根据相关工程，下向流反硝化 深床 滤池通常每间隔2-5h开启反冲洗水泵2-3min驱氮一次，在驱氮过程中，悬浮微生物和部分附着型微生物会随着水流流失，会减弱其反硝化效果。而上向流反硝化 深床 滤池产生的氮气释放与水流同向，氮气能够得到及时排放，可有效避免气阻。因此，上向流反硝化深床滤池滤速可适当提高，无需进行驱氮，简化了设备与操作程序，避免了驱氮过程中对微生物冲击及微生物总量的影响，进一步保证了微生物活性，总氮去除效率更高。

（5）碳源投加的精准控制

上向流反硝化深床滤池碳源的投加采用“模糊控制”法，设置总进水流量计、进出水溶解氧浓度及进出水硝酸盐氮含量的反馈，通过建立数学模型，动态控制碳源加药量。在保证出水COD、BOD   ₅   达标的前提下，能精确的控制总氮的去除。

（6）独特的布水布气系统，反洗更均匀

反硝化深床滤池应用于深度处理，需要投加碳源及除磷剂，截留的固体杂质多，产泥相对增加，因此对反冲洗系统的技术要求较高。上向流反硝化滤池运用独特的布水布气技术，采用上向流多功能滤管实现过滤的布水、反洗布水及反洗布气，能确保布水布气更加均匀，反冲洗无死区，能有效 防止滤料堵塞 。

（7）采用模块化装备的建造模式

将上向流反硝化深床滤池工艺设计成标准化设备，统一尺寸， 模块化装配，大大节省工期，安装便捷，易于搬迁，可循环利用，并可根据近期、远期处理规模大小，分期灵活配置 ，不受安装场地及施工周期限制。 同时，采用模块化装备的建造模式，将其与园林绿化结合，打造成公园化嵌入式污水处理厂，整体景观效果可媲美地下式污水处理厂，可达到环境友好的目的，解决污水处理厂建设存在的邻避问题。