城市污水厂尾水深度脱氮产业化技术

城市污水厂尾水深度脱氮产业化技术

邓光阳1，胡思维2

1.浙江海拓环境技术有限公司   2.温州清源环境技术有限公司

摘 要：可持续战略发展理念下，生态文明建设持续推进，国家出台了《水污染防治行动计划》等系列规范要求，各地政府相继制定了更高的污水厂水质排放标准。各污水厂传统工艺流程已无法满足新标准要求，尤其是出水水质中氮、磷等指标，污水厂的深度脱氮处理技术成为重点研究内容。本文就目前城市污水厂尾水深度脱氮产业化技术进行简要分析，旨在能为污水厂深度脱氮提标改造工程提供技术参考。

关键词：城市；污水厂；尾水；深度脱氮；产业化技术

1深床反硝化滤池

深床反硝化滤池是一种特殊的生物滤池，属于一种将滤池过滤技术与生物脱氮技术联合使用的污水深度处理技术，主要用于生活和工业污水处理中的深度处理过程，在这个处理工艺中，它结合了生物脱氮和过滤两种功能，以一种先进的方式进行脱氮和过滤。

其工作机制主要利用规格和形状特殊的石英砂作为反硝化生物的挂膜介质，并作为去除水中SS以及硝酸盐氮(NO3-N)的场所，在深床反硝化滤池中，石英砂滤料层截留SS和反硝化菌群，达到物理过滤的效果。同时反硝化菌群在石英砂滤料表面形成生物膜，通过生物脱氮作用去除水中的总氮。此外，石英砂的特殊均质结构使得固体杂质能够透过滤床表层，深入滤池内部，提高整个滤池的过滤效果[1]。

在污水厂尾水深度脱氮中，深床反硝化滤池的应用可以帮助进一步降低水中硝酸盐氮（NO3-N）和总氮（TN）的含量。这主要是因为深床反硝化滤池的运行环境是缺氧的，污水中的硝酸盐（NO3-）或亚硝酸盐（NO2-）在滤料表面被吸附，然后被反硝化菌还原成氮气（N2）从污水中释放出来，从而实现污水的反硝化脱氮过程，这个过程中，滤料同时具有截留悬浮物的作用。对于含有较低碳源的污水，为了保障反硝化生物菌群的正常生物活性，可能需要在滤池进水中加入适当的碳源（如甲醇）。在这个过程中，有机物作为电子供体提供能量并得到氧化降解，利用硝酸盐中的氧作电子受体，使得硝态氮还原成氮气。每还原1gNO3-可提供2.6g的氧，同时产生3.47g的CaCO3和0.45g反硝化菌，消耗2.47g的甲醇。此外，深床反硝化滤池的气、水反冲技术使得滤池反冲洗效果好（清洗效果高达100%）、耗水量小（仅为总水量2%～4%），并能显著提升反冲洗效率，减少滤池反冲洗的次数及成本。

总之，深床反硝化滤池在污水厂尾水深度脱氮中发挥的作用主要在于去除污水中的硝酸盐氮和总氮，同时截留悬浮物，并具有节能高效的特点。

2人工湿地法

人工湿地是一个人为建造的类似于沼泽地的地面，它利用自然湿地的原理，通过将污水、污泥有控制地投配到人工建造的湿地上，利用土壤、人工介质、植物、微生物的物理、化学和生物三重协同作用，对污水、污泥进行处理。

其作用机制主要包括吸附、滞留、过滤、氧化还原、沉淀、微生物分解、转化、植物遮蔽、残留物积累、蒸腾水分和养分吸收以及各类动物的作用。

城市污水厂尾水深度脱氮过程中，人工湿地通过植物、微生物和土壤的联合作用，可以有效地去除水体中的氮，如香蒲、芦苇等可以吸收水中的营养盐，尤其是氮。湿地中的微生物可以将有机氮转化为无机氮，如氨氮和硝态氮，后者可以被植物吸收或进一步被微生物分解[2]。人工湿地具有很好的过滤作用，湿地中的土壤和植物根系可以有效地吸附和过滤水中的悬浮物、有机物和重金属等污染物，湿地中的微生物也可以通过生物膜的形式附着在植物根系和土壤表面，进一步增强过滤效果。除此之外，人工湿地可以储存大量的水，这有助于减缓水流速度，为污染物提供更多的时间来被去除，同时储存的水源可以在干旱期用于灌溉或其他用途。

目前，较多的研究集中在利用固体碳源解决C/N对脱氮效果的影响，在自然环境中，反硝化细菌在利用有机物进行反硝化作用时，需要同时获得有机碳源和无机碳源。因此，通过添加固体碳源可以为反硝化细菌提供充足的有机碳源，促进反硝化作用，从而提高脱氮效果。相关研究表明，利用固体碳源可以有效地解决C/N对脱氮效果的影响。例如，在人工湿地中添加植物固体碳源可以促进反硝化细菌的生长和反硝化作用，从而显著提高人工湿地的脱氮效果。同时，在污水处理过程中，通过筛选可降解生物材料作为生物反硝化固体碳源，也可以实现生物反硝化作用，提高脱氮效果[3]。

需要注意的是，人工湿地需要合理设计和维护，以确保其处理效果和生态功能的充分发挥，对于特定的污水厂尾水处理问题，还需要结合实际情况进行具体分析和应用。

3 MBR

MBR（Membrane Bio Reactor）是一种将膜分离技术与生物处理法相结合的先进废水处理技术。它在传统的生物处理方法中引入了微孔或超滤膜，用于分离固液相，即将废水和活性污泥分开。MBR系统通过在生物反应器中使用膜来过滤固体颗粒、悬浮物、细菌等，可以实现更彻底的固液分离。

在MBR系统中，污水经过生物反应器中的生物处理过程，其中的活性污泥会与废水中的有机物和污染物发生降解和转化反应。随后，通过微孔或超滤膜进行分离，将悬浮物、细菌、病毒等截留在膜表面，使得出水质量更高，几乎无悬浮物和微生物的残余。这种膜分离的应用有效地阻止了固体的回流，提高了废水处理的效率和出水质量。相比传统的活性污泥法，MBR系统的生物反应器可以更高浓度运行，使得处理单元的体积大幅度减小，节省了占地面积

[4]。同时MBR系统对负荷波动的抵抗能力较强，适应性好，对于突发的废水流量或负荷变化具有较好的稳定性。总之，MBR技术将膜分离技术与生物处理法相结合，克服了传统生物处理方法中悬浮物回流、水质不稳定等问题，提供了一种高效、可靠的废水处理解决方案。

膜污染问题是MBR工艺在实际运行中的一个主要挑战，废水中的悬浮物、胶体颗粒和微生物等容易在膜表面积聚和沉积，形成污泥膜或胶层，这种沉积物会阻塞膜孔，增加膜的阻力，降低膜通量，并进一步影响处理效果。废水中的溶解性有机物、金属离子和其他化学物质可以在膜表面上胶结和凝聚，形成结垢或结晶物，也降低膜的通量和分离能力。

为了解决膜污染问题，可采取以下措施：一方面，合理的预处理能够有效降低废水中的悬浮物和胶体颗粒，减少膜污染的发生，常见的预处理方法包括格栅、沉砂池、调节pH值等。另一方面，定期进行膜清洗和维护，以去除沉积物和生物膜，并恢复膜的通量和分离性能，常用的膜清洗方法包括化学清洗、物理清洗（如超声波）、气体吹扫等。除此之外，合理调整MBR系统的运行参数，如通气量、混合速度、回流率等，可以减轻膜污染的程度。或者添加适当的化学药剂，如抗污剂、消毒剂、络合剂等，也可以减少污染物在膜表面的附着和沉积。

结束语

总而言之，城市污水厂尾水深度脱氮过程通过采用先进的深度脱氮工艺，如生物膜反应器和硝化/反硝化过程，城市污水厂能够有效去除废水中的氮化物，减少对环境的负面影响。这种技术不仅可以降低污染物排放，净化水体，还能提供可再利用的水资源，为城市的可持续发展做出贡献。未来，城市污水厂尾水深度脱氮技术将进一步优化，结合智能化和节能减排的要求，推动环境保护和资源回收的发展，实现更加清洁和可持续的城市水环境。

参考文献

[1]班亚飞.污水处理厂尾水自养反硝化深度脱氮工艺研究[D].郑州大学，2021.

[2]杨娅男.基于甲烷氧化菌的城镇污水厂尾水反硝化深度处理技术研究[D].贵州大学，2021.

[3]张哲妍.复合生物滤池深度处理城镇污水厂尾水的工艺研究[D].浙江大学，2021.

[4]位文强.污水厂尾水复合型人工湿地深度除磷脱氮技术研究[D].重庆大学，2022.