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。它是在傳統生物過濾器的基礎上發展起來的。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]等優點,近年來在污水處理廠的升級改造中受到廣泛關注。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構,以及幾種典型的反硝化過濾器產品。
2. 反硝化過濾器的原理及關鍵因素
大多數反硝化脫氮反應的過濾過程的氧化還原過程isooxygen反硝化細菌利用有機碳源(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。一些自養反硝化細菌以無機碳(如CO2、H2CO3等)為碳源,以氫、鐵、硫等化合物為電子給體。
該過程是一個復雜的生化反應過程,涉及多種酶和中間體,伴隨著電子的轉移和能量的產生。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。它們參與硝酸鹽轉化的四步反應:NO3——N→NO2——N→no→N2O→N2。
參與反應的酶對反應條件有一定的要求: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。在實際的現場工程中,污水廠對水溫和pH的控制比較穩定。然而,由于進水水質和水量的變化,進水有機物含量不足,使濾池內的反硝化細菌得不到足夠的碳源,導致脫氮效率低下。
此外,對于設計過濾器的水力負荷,一般水力負荷設計經驗值約為0.5 ~ 3m3·m-2·H-1[4]。低液壓負荷容易造成堵塞、難以沖洗和維護等問題。高水力負荷會導致污水與生物膜接觸時間不足,反應不充分,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進行沖洗,以恢復失去的頭。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一樣。因此,反硝化生物濾池需要根據水質、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.反硝化過濾器的結構和組成
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構與傳統生物濾池相似。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。濾池由上至下分為配水區、填料區、支撐層和污水收集區。
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備,只需設計用于氣洗組合沖洗的反沖洗設備即可。為了保證脫硝過濾器的正常運行,經常配備氣水聯合反沖洗設備。
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置有反沖洗系統(沖洗水管和沖洗氣管)。新型濾池主要是將過濾頭優化為便于配水配氣的新型濾磚,優化配氣配水,如圖3-2所示。
濾料也由普通卵石、礫石變為陶粒、無煙煤、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。
4. 脫氮過濾器的應用進展及產品介紹
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。預硝化過濾器和反硝化過濾器的水量將在水廠中串聯使用。
脫氮濾池在歐美國家用于脫氮后處理已有20 ~ 30年的歷史,實現了深度脫氮的出水技術限制(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。根據實際需要,其過濾磚,濾板和過濾材料可以靈活選擇根據應用水生植物(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構。不同于其他反硝化過濾器,它采用懸浮填料代替傳統的固定填料。這種填料具有球形結構,能浮在污水中,增加了與污水的接觸;二、過濾器濾板結構的變化。除了濾板用于支持的過濾材料的上部水分布區,濾板結構還在出口領域,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,省去了反洗設備和管道的布置,節約了能耗。這種過濾器既可用于預脫氮,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。如安徽華旗環保公司研發的反硝化濾池采用上流式濾池,是在傳統曝氣生物濾池(BAF)的基礎上進行改進的。濾料采用陶粒,核心部件為其自主研發的配水過濾頭,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的BAF串聯使用。是一種預脫氮過濾器。又如上海奧德水處理有限公司設計開發的低氧脫氮脫氮過濾系統,為下流式脫氮過濾器。配水區由濾池上部兩側的配水箱給水,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。