1、適用范圍或應用領域

針對城鎮生活污水和部分工業廢水經過污水處理廠后的尾水進行深度脫氮，以滿足日益嚴格的污水控制標準。

2、技術簡介

目前絕大多數生活污水經過處理后基本都是向自然水環境，諸如河流或湖泊中排放。即使按照國家一級A的標準或是更加嚴格的一些地方標準排放，其中主要污染物濃度的指標均高于地表水V類水的許多倍。雖然自然環境有一定的自凈能力，但是對于人口密集地區或是環境敏感地區，這樣的處理水平還是不能滿足保證生態環境目的的。在各項指標中，相對最難達到的指標就是總氮的濃度。按照國家地表水分類，地表水共分為五類，其中III、IV和V類水的總氮濃度的上限分別是在1 mg/L、1.5 mg/L和2 mg/L。而城市生活污水排放一級A的標準，則是15mg/L以下。雖然有些地區已經將這個排放標準提高到10 mg/L甚至5mg/L以下，但與地表水的濃度上限還有相當大的差距。目前國內各城市污水處理廠，尤其是尾水排向環境敏感地區的污水處理廠，為了盡量縮小這個差距，幾乎都采用了三級深度脫氮處理。但限于傳統的工藝方法和手段，即使采用高C/N比，還是很難滿足與地表水要求接軌。 本項技術采用的是上海師范大學的專利技術(專利號：ZL 2015 1 0510978.7)，可以在非常低的C/N比和非常短的停留時間條件下，可以將總氮降低至1 mg/L以下。此項技術先后在江蘇徐州和蘇州進行了中試，取得了良好的效果。

3、工藝路線及參數或技術原理

（一）基本原理

對于經過城市污水處理廠處理后的尾水中，絕大多數總氮的主要成分是硝酸鹽氮，為了使硝酸鹽得到更徹底的去除，需要保證具有良好的厭氧條件和充足的碳源作為電子供體(2H)以促使硝酸鹽得到有效還原。

硝酸鹽還原的第一步是硝酸鹽還原為亞硝酸鹽： NO3ˉ + 2H → NO2ˉ + H2O      

(1) 然后亞硝酸鹽還原為氮氣： NO2ˉ + 1.5(2H) → 0.5N2 + H2O + OHˉ   

(2) 總的反應式為： NO3 + 2.5(2H) → 0.5N2 + 2H2O + OHˉ        

(3) 以葡萄糖(C6H12O6)作為有機碳源，則硝酸鹽還原過程為： 4.8NO3–+C6H12O6→6CO2+3.6H2O+2.4N2 + 4.8OH–    

(4) 根據方程式(4)可以計算出，理論上去除硝酸鹽氮所需要的COD來計算是2.86 mgCOD/mgN。但在實際操作過程中，現有工藝和設備，其難免溶有較多的溶解氧，而溶解氧的存在要消耗不少的有機碳源，其反應式為： O2 + 1/6 C6H12O6 → CO2 + H2O        

(5) 這個過程中，每mg的O2至少需要消耗1 mgCOD/mgO2。 目前的反硝化裝置還需要定期的反沖洗，而每次反沖洗之后，原有的生物膜被沖洗出不少，還需要再次生長。生物膜的生長還需要消耗一定量的有機碳源，其反應式為： NO3– + 0.288 C6H12O6 + H+ → 0.46 N2+ 0.082C5H7O2N + 1.93H2O + 1.32CO2   

(6) 這個過程意味著通過異養合成去除1mgN, 就需要消耗將近4mgCOD/mgN。 以上三項合計，在實際的廢水處理過程中，有機碳源的消耗通常都在5 mgCOD/mgN以上，有的甚至達到7~8。這就大大增加了污水深度處理的成本。此外，由于目前現有工藝的技術所限，總氮濃度在5 mgN/L~10 mg/L時，深度脫氮就非常困難。 本項技術的基本原理就是可以嚴格控制溶解氧的濃度，這些技術特點極大地減少了消耗在溶解氧方面的碳源。此外，該項技術還無需進行反沖洗，從而減少了生物膜再生所消耗的碳源。這兩點優勢，使得本項技術C/N比可以在3~4的范圍內使硝酸鹽得到有效去除。由于該工藝裝置可以強化傳質，可以使出水中總氮濃度甚至小于1 mg/L。 

（二）作用過程 

本項技術的主要作用過程如圖1所示：

 深度脫氮工藝流程 

大多數城市污水處理廠的污水經過處理后，往往總氮指標較難達到標準。因此提標改造主要是針對總氮的排放標準進行的。采用該反應器可以非常容易地實現提標改造任務。根據標準的要求，根據不同的停留時間和C/N比，既可以實現從一級B提高到一級A，也可以提高到總氮濃度低于5 mgN/L，甚至1 mgN/L以下。該反應器的運行既可以采用連續流方式，也可以采用序批式方法運行。

4、主要技術指標

    以下是采用篩板塔式反應器對實際的尾水進行深度脫氮處理的實驗效果。C/N比為4，溫度為25 °C條件下，以乙酸鈉為碳源進行深度脫氮處理的實驗數據。從圖中可以看出，經過2個小時可以將總氮濃度將至2mgN/L以下。

 圖2. 實際尾水深度脫氮處理效果

 圖3所示是在實驗室進行的實驗結果，采用了不同的C/N比，對初始濃度為50 mgN/L的硝酸鹽進行反硝化的結果。從圖中可以看出，C/N比越高，反硝化速率越快。在C/N比為4~5時，硝酸鹽氮經過4~6小時后，硝酸鹽幾乎完全得到還原。

 圖3. 實驗室對含有硝酸鹽模擬廢水的還原效果

5、技術特點

“篩板塔式反應器”是一項具有完全自主知識產權的原創技術，屬于國際首創。歸納起來具有如下特點：

 (1) 反應器操作運行簡單，運行過程中維護和管理維護十分方便；

 (2) 可以在接近理論C/N比值的條件下實現總氮的有效去除，運行成本相比目前流行的其它深度脫氮技術，碳源可以節約20%以上。

 (3) 可以根據不同具體情況，調節運行時間和C/N比，可以滿足不同地域對污水的排放要求，即最高標準可以與地表水III類水對接排放。

6、設備組成

主要包括：

(1) 反應器： 根據處理水量的多少，體積可大可??；

(2) 潛水泵： 根據處理水量的多少，每套反應器配備功率為3~5KW的潛水泵2~3臺。 

(3) 配電柜： 針對反應器潛水泵配備相應的控制器。

7、工程案例

圖4是在蘇州某污水處理廠進行中試的實驗結果。該廠出水控制在10mg/L以下。從圖中可以看出，采用該反應器在溫度為20°C和C/N比為4的條件下，硝酸鹽氮的去除速率。若要控制其低于5 mgN/L以下，1小時即可實現。若要控制其低于1mgN/L以下，則在4小時可以實現。

 圖4. 采用篩板塔式反應器進行深度脫氮時，硝酸鹽濃度在兩種工況情況下的變化情況。(E)表示實測值，(C)表示擬合數值。