王舜和，郭淑琴

3前置、后置应用范围
前面介绍的设计参数均是在单一反应器中归纳的，而随着污水处理标准的提高，必须进行脱氮除磷，而脱氮需要依靠硝化和反硝化实现。此时，单一的BAF已不能达到要求，需要将单级反应器进行串联，组成多级系统。从反应机理上看，反硝化需要缺氧环境，去除BOD5和进行硝化反应需要好氧环境，不宜在同一个反应器中进行；此外去除BOD5依靠异养菌，而进行硝化反应需要自养菌，异养菌繁殖速度较快，在反应过程中会优先利用氧气，抑制自养菌的繁殖，因此理论上三级BAF工艺的处理效果最为理想。但是在实际工程中考虑到占地面积和工程投资等因素，通常采用两级BAF。对于出水只要求硝化的情况，可以采用C+N池串联运行的方式(如大连马栏河污水处理厂、沈阳仙女河污水处理厂)；对于要求反硝化的情况可采用前置反硝化(DN+C／N)或后置反硝化(C／N+DN)。前者的设计可以参考单一反应器的设计参数，下面主要介绍前置、后置反硝化曝气生物滤池的设计要点。
由于两种工艺都需要将碳化和硝化结合在一个反应器中进行，在进入好氧池前，必须设法降低污水中的有机物质，以减少异养菌对自养菌的抑制作用。在前置反硝化工艺中，DN池在进行脱氮反应的同时也降低了污水中的有机物质，为后续的硝化反应创造了条件；两在后置反硝化工艺中，BOD5的去除只能在预处理阶段，通过化学沉淀降低C／N池的有机负荷，但这些不稳定的有机物质进入到污泥当中，大大增加了污泥处理处置的难度，从这点来看，后置反硝化工艺更适合应用在以下两个场合：①工业废水比重较高，BOD5含量明显偏低的情况；②污水处理厂的升级改造，如某些早期建设的污水处理厂未考虑硝化指标，如水中BOD5含量较低，氨氮含量却较高。对于BOD5充足且需要进行脱氮的城市污水，从运行成本的角度考虑，前置反硝化工艺更为优越。

4后置反硝化工艺设计要点
4．1预处理工艺
前面讨论过，后置反硝化的预处理除了承担去除SS的作用外，还应当去除部分BOD5，以便为后续的硝化反应创造条件，因此其不宜采用水解酸化池等增加可溶性BOD5的工艺，可考虑采用高效沉淀池等工艺。
4．2 的设计
作为两级BAF工艺，好氧池需要同时承担除碳和硝化的任务，因此在设计中需考虑残留BOD5对硝化效果的影响。首先确定设计滤速，平均日滤速应不小于6 m／h，{zg}日滤速不大于10 m／h，由此计算出过滤面积；然后进行硝化负荷计算，通过调整滤料高度，使硝化负荷满足2．1节中提到的不同进水BOD5浓度下的值。{zh1}通过对比，寻求合适的设计参数，由于后置反硝化更适合应用在低碳源的污水中，在设计中如果滤速和负荷难以协调，建议改用前置反硝化工艺。
4．3 的设计
污水在C／N池基本完成了有机物的去除和氨氮的硝化，为了实现反硝化，在进入DN池前需要投加甲醇作为碳源。由于反硝化负荷相对较高(推荐1～1.5 kg NO3-—N／(m3·d))，DN池的面积应当小于C／N池，而在很多设计中，DN池与C／N池的数量、面积是相等的，推断可能是考虑了二次配水不均匀或池面积减小导致DN池滤速过高等原因。但扶设计角度看，相同的过滤面积使得DN池的负荷降到很低，甚至低于硝化负荷，会造成浪费，这里可以采取一些措施进行优化，比如在DN池配备鼓风机，透过闻歇曝气等方式灵活运行；或者减少DN池的数量，重新布置池型等。
DN池设计中最重要的是控制甲醇投加量，过离可能导致CODcr超标，过低则不能有效去除TN。网前即时控制甲醇投加量的技术还不完善，尚有待于进一步研究，但反应霈要的甲醇量是可以计算的。通常认为反硝化1 mg／L的NO3-一N需要5 mg／L的CODcr这个经验数据是如何得来的呢?根据化学反应计量关系，在反硝化过程中有如下等式成立：
5C+4NO3- +4H+=5CO2+2H2O+2N2
5C+5O2=5CO2
理论上反硝化需要的CODcr／NO3-一N=5×32／(4×14)=2．86，在这一过程中除了反硝化消耗CODe，外，还有部分有机物(占总消耗量的38％～42％)被微生物用于合成新细胞，因此反硝化实际消耗的CODcr=2．86／(1-0．38)~2．86／(1～O．42)=4．6～4．9 kgCODcr／kgNO3-—N，由于经过硝化后，污水中通常含有部分溶解氧，考虑刭其会消耗一定量的有机物，因此在实际工程中甲醇的投加量一般按5 kgCODcr／kgNO3-—N投配。根据甲醇xx氧化的化学计量关系：2CH4O+3O2=2CO2+4H2O，可计算出投加1kg甲醇相当于增加1．5 kgCODcr，因此甲醇的投加量为3．3 kg／kgNO3-—N。
4.4 工程设计实例
承德双滦污水处理厂设计流量为5万m3／d，由乎工业废水占很大比重，进水BOD／COD仅为0．25，污水可生化性较差，出水要求达到GB18918-2002一级B标准。考虑到出水回用及占地面积等因素，设计采用了S3D十C／N+DN的后置曝气生物滤泡工艺，目前该厂正在建设中。
污水首先经过高效沉淀处理，使SS降到60mg／L以下后进人BAF。设计滤池共分6组，每组悉渔，设计滤速8 m／h，强制滤速10 m／h。滤池水反冲洗时{zd0}表面反冲强度9 L／(S·m2)，气反冲洗时{zd0}表面反冲洗强度25 L/(S·m2)。由于进水BOD5很低，C／N池主要承担硝化任务，硝化负荷约为0．8 kgNH3-N／(m3·d)。此外，结合水质特点，需要投加甲醇进行反硝化脱氮，设计甲醇投加量{zd0}为20 mg／L，可反硝纯约6 mg／L的NO3-—N。

5前置反硝化工艺设计要点
BAF最初应用予深度处理和污水处理厂改造，进水通常为二级出水，因此后置反硝化工艺占据了主导地位。但当其应用到市政污水时，由于需要的甲醇投加量较大，运行费用十分昂贵。为了髂决这一闻题，研究入员将DN池置于N池前，将部分出水回流，形成了前置反硝化工艺，其具有以下优点：①利用污水中的有枧物质作为反磷化碳源，减少外加碳源；②BOD5在DN池去除，保证了C／N池的硝化能力；③系统的曝气量相对减少；④污泥产量相对减少。尤其运行费用较低的优点使得其越来越受到重视，下面针对前置反硝化工艺的设计问题做几点讨论。

5．1预处理工艺
为了确保反硝化效果，设计中应尽可能地利用污水中的有机物质，因此预处理工艺在去除悬浮物的同时应避免过多地去除BOD5。目前常见的工艺类型包括改良酶水解酸位池和S3D池，但其发展均未成熟：对于水解酸化池，虽然可以使部分CODcr水解为易降解的BOD5，但是在水量骤增时往往出现跑泥现象，逐速堵塞BAF布承布气设备；而S3D池在去除SS时也会去除一部分BOD5，对反硝化不利。在实际工程中，BAF的工作性能能甭稳定，往往取决于预处理设计是否合理。因既对于预处理工芝还应当进一步研究，使其更适合前置反硝化工艺的特点。
5.2 回流比的选择
回流比是前置反硝化工艺中最重要酌设计参数，一方面希望工程投资尽可能小，要求减少回流比；另一方面又希望反硝化效果尽可能好，这就要求增加回流比，那么回流比应当如何选取呢?
根据Chiou等人的研究，在碳源充足的条件下，BAF几乎可进行xx的反硝化，因此TN处理能力主要取决于硝化效果。此时增大回流比，可供反硝化的硝酸盐也增多，出水的TN含量就会降低。但是增大回流比意味着流量的增大，这将减少硝化池的停留时间，结果会造成出水中氮氮含量升高，而且过高的回流比会使DN池的DO浓度上升，降低TN的处理效率。因此对于一个特定系统，应当存在一个{zy}闻流比范围，在此范围里TN和氮氮均能达到标准；低于此范围，TN超标；高于此范围，氨氮越标。在实际工程中。回流比不是固定的，可根据需要实时调节，因此在设计中主要有两个任务：①确定所需要的{zd0}回流比；②确定适宜的回流泵，使回流比便于调节，运行灵活。Nicolavcic(2002)指出，对于一般的城市污水，回流比不宜超过100％～150％。如果进水TN含量很高，回流比过大，Rother E等人建议可采用DN-C／N-DN的形式，既可以降低网流比，又可以减少外加碳源。
5．3 DN池的反硝化熊力
在前置反硝化工艺中，DN池以污水中的有机物作为反硝化碳源，因此进水中易生物降解有机物的含量直接影响反硝化效果。为了评价DN池的脱氮能力，Rother，E等人研究BOD5／TN指标同DN池反硝化率之间的关系。试验表明，反硝化率与BOD5／NO3-—N成正比，当TN要求达到70％的去除率时BOD5／NO3-—N应在7~8之间；当要求达到60％的去除率时BOD5／NO3-—N约为6。一般的城市污水中BOD5／NO3-—N约为5，此时的去除率仅50％。需要注意的是，污水中的硝酸盐仅有部分回流到前端，整体工艺的TN去除率实际上还要低一些。此终，如果回流液中的DO过高，就会在进入DN池时快速消耗一部分BOD5，削减反硝化能力，因此设计在保证过滤速度的同时，应将反硝化负荷控制在0.6 kgNO3-—N／(m3·d)以下。根据Rother E等人的研究，在实际工程中前置反硝化工艺往往达不到处理要求，还需要投加甲醇作为碳源。
5．4 N池的硝化能力
在前置反硝化设计中应当考虑DN池对CODcr的去除效率，因为残留的CODcr,会进入到后续的硝化反应池，直接影响反应效果。根据研究，DN池对CODcr的{zd0}去除率一般不会超过60％，因此会有40％～50％的CODcr进人硝化池。DN池对CODcr的去除主要有辫稀视理：一种是作为反硝诧碳源，被生物利用；一种艇被生物膜吸附，在反冲洗时排出系统。关于有机负荷与硝化负荷之间的关系，Rother E等人给出了一些研究数据作为参考：当反应器内CODcr负荷为1.5kgCODcr／(m3·d)，硝化负荷能达到0．6 kgNH3—N／(m3·d)；此后CODcr负荷每上升一个单位，硝化负荷将下降0.1 kgNH3-N／(m3·d)。

5．5工程设计实例
东营市沙营污水处理厂设计流量为6万m3／d，进水以生活污水为主，BOD／COD比值为0.6，可生化性好，出水要求达到GB 18918-2002一级B标准。考虑到进水碳源充足，为节约运行成本，设计采用了水解酸化池+DN+C／N的煎置曝气生物滤池工艺。
水解酸化池设计停留时间3 h，为澄免跑泥现象，设计上升流速取低值约1．6 m／h，然后与回流水混合，共同进入DN池。为平衡滤速，设计滤池共分4组，每组5池，DN池设计滤速10 m／h，反硝化负荷为0．5 kgNO3-—N／(m3·d)，C／N池设计滤速8 m／h，CODcr负荷为1.0 kgCODcr／(m3·d)，硝化负荷为0.6kgNH3—N／(m3·d)，硝亿液豳流比100％～120％。工程已建设完毕，正处于运行调试阶段。

6总结
(1)BAF属于活性污泥法和滤池的结合，因此负荷和滤速都是其重要的设计参数，在设计中应尽可能同时满足两参数的要求。
(2)由于出水标准日趋严格，曝气生物滤池需组成多级系统，根据反硝化的位置不同可分为前置、后置反硝化两种工艺。
(3)后置反硝化BAF设计中：为避免除碳对硝化的影响，后置反硝化应在预处理阶段去除一部分BOD5，C／N池设计滤逮在6～10 m／h为宣，硝化负荷应满足：当进水BOD5浓度大于60 mg／L时，约为0．3 kgNH3-N／(m3·d)，当进水BOD5浓度在20~50 mg／L时，约为0.6 kgNH3-N／(m3·d)，当BOD5浓度在20 mg／L以下时，约为1．0 kgNH3-N／(m3·d)。DN池中甲醇的投加量为3．3 kg／kgNO3-—N。后置反硝化工艺对总氮的去除效果很好，但投药费用昂贵，因此更适合应用于BOD5严重不足的情况。
(4)前置反硝化BAF设计中，受污水中可降解有机物的限制，前置反硝化工艺对TN的去除率一般不超过70％。通常工艺的网流比为100％～150％，这种情况下实际TN去除率一般在50％左右。设计接荐的反硝化负荷为0．4～0.5 kgNO3-—N／(m3·d)，过滤速度>10 m／h，进水BOD／NO3-—N{zh0}大于6。通常DN池对BOD5的去除率不超过60％，对CODcr的去除率不超过70％，裁余的CODcr会进入硝化池。为了确保N池的硝化性能(负荷>O.5 kgNH3—N／(m3·d))，CODcr负荷不应超过2 kgCODcr／(m3·d)。