深床濾池在城鎮(zhèn)污水深度處理中的應(yīng)用及設(shè)計

陳榮

（廣東順建規(guī)劃設(shè)計研究院有限公司，廣東 佛山 528300）

1 提標(biāo)改造項目概況

廣東地區(qū)某鎮(zhèn)污水處理廠，已建污水處理設(shè)施兩期，污水處理規(guī)模共50 000m3/d，根據(jù)該廠歷年的進水水質(zhì)數(shù)據(jù)趨勢分析，項目設(shè)計進水水質(zhì)如下：

CODCr：120～300mg/L；BOD5：60～150mg/L；SS：100～200mg/L；NH3-N：20～30mg/L；TN：30～40mg/L；TP：2～4mg/L。

項目提標(biāo)改造后的設(shè)計出水水質(zhì)按照《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 18918—2002）一級A標(biāo)準(zhǔn)（未提標(biāo)前為一級B標(biāo)準(zhǔn)）和廣東省《水污染物排放限值》（DB 44/26—2001）第二時段一級標(biāo)準(zhǔn)的較嚴(yán)值執(zhí)行（見下表）。

陳村污水處理廠設(shè)計出水水質(zhì) （單位：mg/L）

2 提標(biāo)改造項目工藝設(shè)計

2.1 項目原處理工藝、現(xiàn)狀及存在問題

該項目的原處理工藝流程為：污水→粗格柵及提升泵房→配水井→細(xì)格柵及旋流沉砂池→CASS生化處理池→液氯接觸消毒池→出水提升泵房→尾水排放；CASS池底泥排入污泥池后由泵入帶式壓濾機濃縮脫水后外運處理。

根據(jù)污水處理廠歷年的運行情況，提標(biāo)前污水處理后的水質(zhì)指標(biāo)均可穩(wěn)定達到出水標(biāo)準(zhǔn)要求，達標(biāo)率為100%。提標(biāo)改造設(shè)計的出水標(biāo)準(zhǔn)，COD、BOD、TN、NH3-N、TP的達標(biāo)保證率為100%，其中TN、NH3-N、TP的最大值接近出水標(biāo)準(zhǔn)，安全預(yù)留空間相對較小；SS超出新標(biāo)準(zhǔn)較多，達標(biāo)保證率為73%。故提標(biāo)改造重點控制的污染指標(biāo)為SS以及TP、NH3-N和TN。

現(xiàn)狀水量基本達到了設(shè)計水量，但現(xiàn)狀的進水水質(zhì)濃度較低，與設(shè)計的進水水質(zhì)濃度存在較大差異。進水營養(yǎng)物質(zhì)（BOD）偏低，碳氮比（BOD/TN）較低，反硝化細(xì)菌的生物活性受到抑制，降低了反硝化效率，影響TN去除效率?，F(xiàn)狀運行TN去除率在50%左右。

2.2 污染物穩(wěn)定達標(biāo)的對策

NH3-N，在CASS池內(nèi)提高污泥濃度、提高曝氣量，增加硝化反應(yīng)效能，達到更好的去除效果；深度處理技術(shù)SS主要是混凝沉淀、過濾法等；針對TP，采用投加化學(xué)藥物進行化學(xué)除磷；TN的去除是反硝化過程，選擇反硝化深床濾池做為深度處理工藝，可在原CASS池前端去除TN的基礎(chǔ)上，保證TN穩(wěn)定達標(biāo)。該濾池反硝化和過濾同時運行，SS、TP可同時過濾去除[1、2]。

2.3 提標(biāo)改造項目總體工藝設(shè)計

項目的總體工藝流程設(shè)計為：污水→粗格柵及提升泵房→配水井→細(xì)格柵及旋流沉砂池→CASS生化處理池→調(diào)蓄池（原二期液氯接觸消毒池）→中間提升泵房（原出水提升泵房）→反硝化深床濾池→紫外消毒池（新建）→出水提升泵房（新建）→尾水排放。

原二期工程（30 000m3/d）CASS池僅建設(shè)一座，分兩格運行，排水水量變化過大，設(shè)置調(diào)蓄池調(diào)節(jié)水量，保證后續(xù)反硝化深床濾池水量平均運行。反硝化深床濾池（含反沖洗泵房）與紫外線消毒池、出水提升泵房合建，在原一期液氯接觸消毒池拆除后的位置建設(shè)。

3 反硝化深床濾池設(shè)計

3.1 反硝化深床濾池影響因素

反硝化是在缺氧的狀態(tài)下，污水中的反硝化細(xì)菌將硝酸氮（NO3-N）和亞硝酸氮（NO2-N）還原成氣態(tài)氮（N2）的過程。除池容之外，其他影響反硝化效果的因素有，1）碳（C）源：反硝化反應(yīng)是由異養(yǎng)微生物完成的生化反應(yīng)，其在溶解氧濃度極低的條件下，利用硝酸鹽中的氧作為電子受體，有機物作為碳源及電子供體。當(dāng)BOD/TN＞3～5時，可認(rèn)為C源充足；2）溫度：最適宜的溫度范圍是20℃～40℃，溫度低于5℃時，反應(yīng)速率會下降；3）pH值：反硝化過程的最適宜pH值為7.0～7.5；4）溶解氧：最好控制在0.5mg/L以下，以免過多消耗外加的碳源[3]；5）有毒物質(zhì)。

該項目地處我國南方，且主要收集處理生活污水，水溫、p H、有毒物質(zhì)等水質(zhì)指標(biāo)較穩(wěn)定，故影響因素主要是溶解氧和C源。為防止濾池前的跌水充氧，污水管道均采用淹沒進水，以減少溶解氧的影響。C源則嚴(yán)重不足，需外加C源。

3.2 外加C源分析及投加量

（1）外加C源的選擇：乙酸鈉做為常用外加C源，比淀粉易溶于水，無殘留和污泥絮體，不含有氮、磷等營養(yǎng)物質(zhì)；淀粉需轉(zhuǎn)化為低分子有機酸才能被微生物利用，反硝化速率要遠(yuǎn)低于甲醇、乙醇、乙酸鈉[4]。乙酸鈉相對于甲醇、乙醇，不屬于易燃易爆的危險品，方便運輸及儲存，且價格也相對便宜，故選擇乙酸鈉做為外加C源（市售溶液濃度為20%）。

（2）外加C源投加量：結(jié)合現(xiàn)有的水質(zhì)資料，該次設(shè)計去除的T N 量按5 m g/L 考慮，外加C 源按Cm（COD）=5N投加[5]，則需投加COD約25mg/L，乙酸鈉COD當(dāng)量為0.68[5]，則乙酸鈉投加量為36.8mg/L。

3.3 反硝化深床濾池結(jié)構(gòu)及設(shè)計原理

反硝化深床濾池為降流式填充床缺氧脫氮濾池，由濾池本體、濾料、反沖洗系統(tǒng)、自控系統(tǒng)等組成。由頂部進水、渠道布水；采用特殊規(guī)格及形狀的石英砂作為反硝化生物的掛膜介質(zhì)，同時深床又是硝酸氮（NO3-N）、亞硝酸氮（NO2-N）、懸浮物極好的去除場所。2～4mm介質(zhì)的比表面積較大。1.83m深介質(zhì)的濾床足以避免竄流或穿透現(xiàn)象。均質(zhì)石英砂允許固體雜質(zhì)透過濾床的表層，深入濾料深處，達到整個濾池縱深截留固體物，在反沖洗周期區(qū)間，每平方米過濾面積能保證截留≥7.3kg固體懸浮物的高負(fù)荷，從而可大大延長濾池過濾周期，減少了反沖洗次數(shù)，并能輕松應(yīng)對峰值流量或處理污水污泥的膨脹等異常情況。懸浮物不斷的被截留會增加水頭損失，因此需要反沖洗以去除截留的固體物。由于固體物負(fù)荷高、床體深，因此需要較高強度的反沖洗。濾池采用氣、水協(xié)同進行反沖洗。反沖洗模擬人的搓手模式，大量強有力的空氣使濾料相互搓擦，使截留的SS全部清洗出池，沖洗用水一般為總量的1%～3%。反沖洗污水返回至前段處理單元。

3.4 反硝化深床濾池設(shè)計參數(shù)

（1）項目的污水處理量為50 000m3/d，濾池分6組設(shè)計，5組運行，1組備用，其中一組進行反沖洗時運行備用濾池。故每組濾池處理水量10 000m3/d。變化系數(shù)K=1.38，單組平均設(shè)計流量416.67m3/h，最大設(shè)計流量575m3/h；設(shè)計平均濾速按7m/h，過濾面積為59.5m2，根據(jù)用地形狀尺寸，每組池內(nèi)尺寸為12.2m×4.88m。設(shè)計峰值濾速為9.66m/h。

（2）濾池高程按5.45m設(shè)計，超高0.78m，布水裝置（由專業(yè)公司提供）高0.77m，有效水深3.9m。有效停留時間33.4min（峰值時為24.2min）。濾池內(nèi)部總水頭損失2.95m，出水消毒后經(jīng)尾水提升泵排入受納水體。

（3）水反沖洗強度取15m3/m2·h，單池反沖洗水量893m3/h，采用濾后水反沖；空氣反沖洗強度取92m3/m2·h，單池反沖洗空氣量5477.31m3/h。采用氣水分布濾磚技術(shù)，形成空氣反射內(nèi)腔，氣水混合從相鄰磚間隙強力噴出，分布整個濾池，形成均勻及強力氣水反沖。反沖洗周期按48小時進行1次，每次歷時5～8min。

（4）反硝化過程中硝態(tài)氮轉(zhuǎn)化成的氮氣氣泡被濾床生物膜截留，聚集于介質(zhì)表層，須借助外力對其進行擾動脫穩(wěn)排出池體，恢復(fù)水頭，故濾池設(shè)驅(qū)氮設(shè)備，將N2更快速吹脫入空氣中。驅(qū)氮強度按15m3/m2·h設(shè)計，頻率4小時1次，歷時0.5～2min。

4 結(jié)語

項目實施以上提標(biāo)改造設(shè)施建設(shè)后，2018年年底進行了環(huán)保監(jiān)測及驗收，出水水質(zhì)情況為：CODCr：16～25mg/L；BOD5：3.4～5.6mg/L；SS：5～9mg/L；NH3-N：0.142～0.675mg/L；TN：9.35～13.3mg/L；TP：0.07～0.39mg/L；糞大腸菌群數(shù)800～900個/L。各項污染指標(biāo)均滿足排放標(biāo)準(zhǔn)。

反硝化深床濾池應(yīng)用于污水處理廠提標(biāo)改造的深度處理，對TN、TP、SS的去除均有明顯效果。調(diào)試過程根據(jù)CASS出水情況調(diào)節(jié)外加C源量，投加量略低于設(shè)計投加量。