1、适用范围或应用领域

针对城镇生活污水和部分工业废水经过污水处理厂后的尾水进行深度脱氮，以满足日益严格的污水控制标准。

2、技术简介

目前绝大多数生活污水经过处理后基本都是向自然水环境，诸如河流或湖泊中排放。即使按照国家一级A的标准或是更加严格的一些地方标准排放，其中主要污染物浓度的指标均高于地表水V类水的许多倍。虽然自然环境有一定的自净能力，但是对于人口密集地区或是环境敏感地区，这样的处理水平还是不能满足保证生态环境目的的。在各项指标中，相对最难达到的指标就是总氮的浓度。按照国家地表水分类，地表水共分为五类，其中III、IV和V类水的总氮浓度的上限分别是在1 mg/L、1.5 mg/L和2 mg/L。而城市生活污水排放一级A的标准，则是15mg/L以下。虽然有些地区已经将这个排放标准提高到10 mg/L甚至5mg/L以下，但与地表水的浓度上限还有相当大的差距。目前国内各城市污水处理厂，尤其是尾水排向环境敏感地区的污水处理厂，为了尽量缩小这个差距，几乎都采用了三级深度脱氮处理。但限于传统的工艺方法和手段，即使采用高C/N比，还是很难满足与地表水要求接轨。 本项技术采用的是上海师范大学的专利技术(专利号：ZL 2015 1 0510978.7)，可以在非常低的C/N比和非常短的停留时间条件下，可以将总氮降低至1 mg/L以下。此项技术先后在江苏徐州和苏州进行了中试，取得了良好的效果。

3、工艺路线及参数或技术原理

（一）基本原理

对于经过城市污水处理厂处理后的尾水中，绝大多数总氮的主要成分是硝酸盐氮，为了使硝酸盐得到更彻底的去除，需要保证具有良好的厌氧条件和充足的碳源作为电子供体(2H)以促使硝酸盐得到有效还原。

硝酸盐还原的第一步是硝酸盐还原为亚硝酸盐： NO3ˉ + 2H → NO2ˉ + H2O      

(1) 然后亚硝酸盐还原为氮气： NO2ˉ + 1.5(2H) → 0.5N2 + H2O + OHˉ   

(2) 总的反应式为： NO3 + 2.5(2H) → 0.5N2 + 2H2O + OHˉ        

(3) 以葡萄糖(C6H12O6)作为有机碳源，则硝酸盐还原过程为： 4.8NO3–+C6H12O6→6CO2+3.6H2O+2.4N2 + 4.8OH–    

(4) 根据方程式(4)可以计算出，理论上去除硝酸盐氮所需要的COD来计算是2.86 mgCOD/mgN。但在实际操作过程中，现有工艺和设备，其难免溶有较多的溶解氧，而溶解氧的存在要消耗不少的有机碳源，其反应式为： O2 + 1/6 C6H12O6 → CO2 + H2O        

(5) 这个过程中，每mg的O2至少需要消耗1 mgCOD/mgO2。 目前的反硝化装置还需要定期的反冲洗，而每次反冲洗之后，原有的生物膜被冲洗出不少，还需要再次生长。生物膜的生长还需要消耗一定量的有机碳源，其反应式为： NO3– + 0.288 C6H12O6 + H+ → 0.46 N2+ 0.082C5H7O2N + 1.93H2O + 1.32CO2   

(6) 这个过程意味着通过异养合成去除1mgN, 就需要消耗将近4mgCOD/mgN。 以上三项合计，在实际的废水处理过程中，有机碳源的消耗通常都在5 mgCOD/mgN以上，有的甚至达到7~8。这就大大增加了污水深度处理的成本。此外，由于目前现有工艺的技术所限，总氮浓度在5 mgN/L~10 mg/L时，深度脱氮就非常困难。 本项技术的基本原理就是可以严格控制溶解氧的浓度，这些技术特点极大地减少了消耗在溶解氧方面的碳源。此外，该项技术还无需进行反冲洗，从而减少了生物膜再生所消耗的碳源。这两点优势，使得本项技术C/N比可以在3~4的范围内使硝酸盐得到有效去除。由于该工艺装置可以强化传质，可以使出水中总氮浓度甚至小于1 mg/L。 

（二）作用过程 

本项技术的主要作用过程如图1所示：

 深度脱氮工艺流程 

大多数城市污水处理厂的污水经过处理后，往往总氮指标较难达到标准。因此提标改造主要是针对总氮的排放标准进行的。采用该反应器可以非常容易地实现提标改造任务。根据标准的要求，根据不同的停留时间和C/N比，既可以实现从一级B提高到一级A，也可以提高到总氮浓度低于5 mgN/L，甚至1 mgN/L以下。该反应器的运行既可以采用连续流方式，也可以采用序批式方法运行。

4、主要技术指标

    以下是采用筛板塔式反应器对实际的尾水进行深度脱氮处理的实验效果。C/N比为4，温度为25 °C条件下，以乙酸钠为碳源进行深度脱氮处理的实验数据。从图中可以看出，经过2个小时可以将总氮浓度将至2mgN/L以下。

 图2. 实际尾水深度脱氮处理效果

 图3所示是在实验室进行的实验结果，采用了不同的C/N比，对初始浓度为50 mgN/L的硝酸盐进行反硝化的结果。从图中可以看出，C/N比越高，反硝化速率越快。在C/N比为4~5时，硝酸盐氮经过4~6小时后，硝酸盐几乎完全得到还原。

 图3. 实验室对含有硝酸盐模拟废水的还原效果

5、技术特点

“筛板塔式反应器”是一项具有完全自主知识产权的原创技术，属于国际首创。归纳起来具有如下特点：

 (1) 反应器操作运行简单，运行过程中维护和管理维护十分方便；

 (2) 可以在接近理论C/N比值的条件下实现总氮的有效去除，运行成本相比目前流行的其它深度脱氮技术，碳源可以节约20%以上。

 (3) 可以根据不同具体情况，调节运行时间和C/N比，可以满足不同地域对污水的排放要求，即最高标准可以与地表水III类水对接排放。

6、设备组成

主要包括：

(1) 反应器： 根据处理水量的多少，体积可大可小；

(2) 潜水泵： 根据处理水量的多少，每套反应器配备功率为3~5KW的潜水泵2~3台。 

(3) 配电柜： 针对反应器潜水泵配备相应的控制器。

7、工程案例

图4是在苏州某污水处理厂进行中试的实验结果。该厂出水控制在10mg/L以下。从图中可以看出，采用该反应器在温度为20°C和C/N比为4的条件下，硝酸盐氮的去除速率。若要控制其低于5 mgN/L以下，1小时即可实现。若要控制其低于1mgN/L以下，则在4小时可以实现。

 图4. 采用筛板塔式反应器进行深度脱氮时，硝酸盐浓度在两种工况情况下的变化情况。(E)表示实测值，(C)表示拟合数值。