1. 什么是反硝化過濾器?

反硝化過濾器顧名思義就是具有反硝化、反硝化功能的生物過濾器。它是在傳統(tǒng)生物過濾器的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。由于其除硝效果好，且具有占地面積小、處理效率高、工程投資成本低[1]等優(yōu)點，近年來在污水處理廠的升級改造中受到廣泛關(guān)注。作者將主要介紹污水處理的反硝化過濾器的原理和組成結(jié)構(gòu)，以及幾種典型的反硝化過濾器產(chǎn)品。

2. 反硝化過濾器的原理及關(guān)鍵因素

大多數(shù)反硝化脫氮反應(yīng)的過濾過程的氧化還原過程isooxygen反硝化細(xì)菌利用有機碳源(常見的碳源如甲醇,乙酸和乙醇)作為電子供體和硝酸鹽或亞硝酸鹽作為電子受體。一些自養(yǎng)反硝化細(xì)菌以無機碳(如CO2、H2CO3等)為碳源，以氫、鐵、硫等化合物為電子給體。

該過程是一個復(fù)雜的生化反應(yīng)過程，涉及多種酶和中間體，伴隨著電子的轉(zhuǎn)移和能量的產(chǎn)生。這個過程涉及四種酶:硝酸還原酶、亞硝酸鹽還原酶、一氧化氮酶和一氧化二氮酶。它們參與硝酸鹽轉(zhuǎn)化的四步反應(yīng):NO3——N→NO2——N→no→N2O→N2。

參與反應(yīng)的酶對反應(yīng)條件有一定的要求:pH(7 ~ 8)、溶解氧濃度(≤0.5mg / L)、水溫(20 ~ 35℃)、碳氮比(工程上一般要求≥5:1)等。因此，對于反硝化過濾器來說，保證上述條件是保證反硝化效果的前提。在實際的現(xiàn)場工程中，污水廠對水溫和pH的控制比較穩(wěn)定。然而，由于進水水質(zhì)和水量的變化，進水有機物含量不足，使濾池內(nèi)的反硝化細(xì)菌得不到足夠的碳源，導(dǎo)致脫氮效率低下。

此外，對于設(shè)計過濾器的水力負(fù)荷，一般水力負(fù)荷設(shè)計經(jīng)驗值約為0.5 ~ 3m3·m-2·H-1[4]。低液壓負(fù)荷容易造成堵塞、難以沖洗和維護等問題。高水力負(fù)荷會導(dǎo)致污水與生物膜接觸時間不足，反應(yīng)不充分，分離效率低。

第三，沖洗的頻率和強度。反硝化生物過濾器屬于生物膜法，因此需要在一定的使用壽命內(nèi)進行沖洗，以恢復(fù)失去的頭。同時，部分老化落下的生物膜排出到整個過濾器中，促進新的生物膜的形成，就像活性污泥過程中的剩余污泥排出系統(tǒng)一樣。因此，反硝化生物濾池需要根據(jù)水質(zhì)、來水水量的變化以及生物膜的生長情況，確定合適的沖洗頻率和強度。

3.反硝化過濾器的結(jié)構(gòu)和組成

反硝化過濾器按水力流型可分為上流型和下流型。上流式反硝化濾池的結(jié)構(gòu)與傳統(tǒng)生物濾池相似。污水從下層流向上層。過濾器自下而上分為配水層、支撐層、填充層和清水層。下流式反硝化過濾器的配置與v型過濾器類似。污水從過濾器上部的配水箱進入濾料區(qū)。濾池由上至下分為配水區(qū)、填料區(qū)、支撐層和污水收集區(qū)。

與曝氣生物濾池相比，反硝化濾池不需要在濾池中添加曝氣設(shè)備，只需設(shè)計用于氣洗組合沖洗的反沖洗設(shè)備即可。為了保證脫硝過濾器的正常運行，經(jīng)常配備氣水聯(lián)合反沖洗設(shè)備。

濾槽的支撐層一般由支撐層的濾板、濾頭(如下圖所示)和濾料組成。所述支撐層的濾板下方還設(shè)置有反沖洗系統(tǒng)(沖洗水管和沖洗氣管)。新型濾池主要是將過濾頭優(yōu)化為便于配水配氣的新型濾磚，優(yōu)化配氣配水，如圖3-2所示。

濾料也由普通卵石、礫石變?yōu)樘樟！o煙煤、火山巖和聚合物惰性載體，類似于比表面積大、截污能力強的載體材料，如圖3-3所示。上游過濾器的洗滌方向與進水流向相同。因此，過濾器的出水區(qū)往往有一個洗滌廢水收集池/池，洗滌后的廢水將返回到進水配水區(qū)。

4. 脫氮過濾器的應(yīng)用進展及產(chǎn)品介紹

目前，反硝化過濾器占地少，具有去除SS的功能。因此，它主要設(shè)計在二級生物處理的后端，作為深度脫氮(后反硝化)和SS去除的強化工藝。預(yù)硝化過濾器和反硝化過濾器的水量將在水廠中串聯(lián)使用。

脫氮濾池在歐美國家用于脫氮后處理已有20 ~ 30年的歷史，實現(xiàn)了深度脫氮的出水技術(shù)限制(批次)。美國salemer、意大利dinora等知名廠家的脫氮深床濾池是典型的下游后脫氮深床濾池。所述濾料為固定濾料。根據(jù)實際需要,其過濾磚,濾板和過濾材料可以靈活選擇根據(jù)應(yīng)用水生植物(污水處理廠、自來水廠):自來水廠,主要是石英砂過濾材料,因此,支持層采用二次配水過濾器的形式磚+濾板;對于污水處理廠，濾料自下而上為礫石、卵石、石英砂填料，粒度由大到小變化，級別變化。因此，支撐層采用大水孔的二次配水濾磚。

又如法國威立雅公司的BIOSTYR反硝化過濾器，采用的是上流式過濾結(jié)構(gòu)。不同于其他反硝化過濾器，它采用懸浮填料代替?zhèn)鹘y(tǒng)的固定填料。這種填料具有球形結(jié)構(gòu)，能浮在污水中，增加了與污水的接觸;二、過濾器濾板結(jié)構(gòu)的變化。除了濾板用于支持的過濾材料的上部水分布區(qū),濾板結(jié)構(gòu)還在出口領(lǐng)域,和濾板上的濾頭是均勻分布的,這也進一步提高了SS的去除出口的情況下保證脫氮;第三，直接采用重力流進行反洗，省去了反洗設(shè)備和管道的布置，節(jié)約了能耗。這種過濾器既可用于預(yù)脫氮，也可用于后脫氮。

與歐美相比，中國反硝化深床濾池的引進和使用相對較晚，但也有很多好的公司。如安徽華旗環(huán)保公司研發(fā)的反硝化濾池采用上流式濾池，是在傳統(tǒng)曝氣生物濾池(BAF)的基礎(chǔ)上進行改進的。濾料采用陶粒，核心部件為其自主研發(fā)的配水過濾頭，解決了原有過濾器堵塞、水氣配水的問題。這種過濾器多與傳統(tǒng)的BAF串聯(lián)使用。是一種預(yù)脫氮過濾器。又如上海奧德水處理有限公司設(shè)計開發(fā)的低氧脫氮脫氮過濾系統(tǒng)，為下流式脫氮過濾器。配水區(qū)由濾池上部兩側(cè)的配水箱給水，污水自上而下通過濾床，完成過濾和深度脫氮。通過過濾器下部的收集槽收集排出，適合后脫氮。