污水处理中多模式A2O+V型反硝化滤池的应用

随着我国城镇化进程加快和环保标准日益严格，污水处理厂面临提标改造的迫切需求，尤其是对氮、磷等污染物的深度去除提出了更高要求。多模式A2O（厌氧-缺氧-好氧）工艺结合V型反硝化滤池的组合技术，以其灵活的运行模式、高效的脱氮除磷性能以及稳定的出水水质，成为城镇污水处理厂新建及改扩建工程的重要选择。本文将系统分析该组合工艺的技术原理、工程应用优势、设计要点以及实际运行效果，为污水处理工艺选择提供参考。

组合工艺的技术原理与构成

多模式A2O+V型反硝化滤池组合工艺是传统生物处理与深度过滤脱氮技术的创新结合。其核心由多模式A2O生化系统和V型反硝化滤池两部分组成，前者主要完成碳氧化、硝化和初步反硝化，后者则实现深度脱氮与悬浮物截留。多模式A2O工艺在传统A2O基础上增加了预缺氧区和后缺氧区，形成"预缺氧-厌氧-缺氧-好氧-后缺氧-后好氧"的六级功能区划，可根据进水水质灵活切换运行模式：当进水碳源不足时，采用改良A2O-A/O模式，通过多点进水强化脱氮；当进水水质优于设计值时，切换为改良A2O模式以降低能耗。这种"一池多模式"的设计大幅提升了工艺适应性和运行弹性，为后续深度处理创造了有利条件。

V型反硝化滤池作为组合工艺的深度处理单元，采用下向流过滤方式，兼具生物脱氮与物理截留双重功能。其工作原理是利用滤料表面附着生长的反硝化菌群，在外加碳源（如乙酸钠）条件下，将前段生化系统未能完全去除的硝态氮（NO₃⁻-N）还原为氮气（N₂）。南京某污水厂采用该工艺时，V型滤池的脱氮容积负荷达0.896kg N/(m³·d)，出水总氮可稳定控制在5mg/L以下。与传统纤维转盘滤池相比，V型反硝化滤池不仅去除悬浮物（SS），还能进一步削减总氮（TN），实现了"过滤-脱氮"的协同增效。

工艺优势与工程适应性分析

多模式A2O+V型反硝化滤池组合工艺在应对低碳氮比污水方面表现出显著优势。我国南方许多城镇污水的BOD₅/TN比值仅为2-3，碳源不足制约了传统工艺的脱氮效率。该组合工艺通过多模式A2O的前端预缺氧区实现碳源优化分配：约20%进水进入预缺氧区，消耗回流污泥中的硝态氮，保留约80%碳源供给后续厌氧释磷和缺氧反硝化。这种碳源"梯级利用"模式使得系统在C/N低至2.35时仍能保持80%以上的总氮去除率，大幅减少了外加碳源投加量，降低了运行成本。

在抗负荷冲击能力方面，组合工艺展现出突出的稳定性。多模式A2O的长污泥龄设计（通常13-15天）有利于硝化菌富集，保障了氨氮的高效去除；而V型滤池作为末端"保险"，可应对前端生化系统未能完全处理的硝态氮负荷波动。南京江北新区某污水厂在扩建工程中采用该组合工艺后，即使进水氨氮波动在25-45mg/L范围内，出水氨氮始终低于1mg/L，TN低于10mg/L。V型滤池的生物陶粒滤料（有效粒径2.5mm）具有比表面积大、生物滞留能力强等特点，可适应水质水量变化，反冲洗周期长达16小时以上，减少了运维频次。

从土地利用率角度看，该组合工艺特别适合用地紧张的污水厂改扩建项目。与传统活性污泥法相比，V型反硝化滤池将脱氮与过滤功能集成于单一构筑物，占地面积减少约40%。南京某20×10⁴m³/d规模的污水厂扩建工程中，多模式A2O生化池采用7m有效水深设计，V型滤池与中间提升泵房合建，整体布局紧凑，新增用地仅3.4hm²。对于地下式污水厂，这种集约化设计优势更为明显，已有成功案例证明其在地下空间受限条件下的适用性。

关键设计参数与运行优化策略

多模式A2O生化池的功能区划与水力停留时间（HRT）分配是工艺设计的核心。南京某厂采用的总HRT为19小时，其中预缺氧区0.5小时、厌氧区1.5小时、缺氧区5.55小时、好氧区10.05小时、后缺氧与后好氧各0.7小时。这种分配确保了厌氧段充分释磷（HRT≥1.5h）、好氧段完全硝化（DO维持在2mg/L左右）以及后缺氧段对残余硝态氮的深度去除。混合液回流比（200%-300%）和污泥回流比（50%-100%）的灵活调节进一步优化了脱氮效率。

V型反硝化滤池的设计要点包括滤料选择、水力负荷控制及反冲洗系统配置。优质陶粒滤料应满足颗粒密度1.4-1.9g/cm³、不均匀系数≤1.5的技术要求，滤层厚度通常1.8m，下设级配砾石承托层（18-25mm厚200mm，9-18mm厚100mm）。正常滤速控制在6.72m/h，强制滤速不超过7.68m/h，以保证足够的生物接触时间。反冲洗系统多采用"气冲（2min）-气水联合冲（8-14min）-水冲（6-10min）"的三段式清洗模式，气冲洗强度100m³/(m²·h)，水冲洗强度20m³/(m²·h)。这种配置有效解决了生物膜脱落导致的滤料堵塞问题，维持了长期稳定的过滤性能。

碳源投加策略是保障V型滤池脱氮效率的关键因素。当进水COD/NO₃⁻-N低于2.5时，需在滤池前投加外部碳源。实践表明，乙酸钠作为碳源时，最佳投加量为50mg/L（以20%原液计），通过快速混合搅拌器（7.5kW）确保与进水充分混合。智能化碳源投加系统可根据进水硝酸盐浓度实时调节投加量，避免过量投加导致的出水COD升高问题。有研究指出，采用基于在线水质监测的反馈控制策略，可减少约20%的碳源消耗。

实际应用效果与未来发展展望

工程实践数据验证了多模式A2O+V型反硝化滤池组合工艺的卓越性能。南京某污水厂扩建项目（10×10⁴m³/d）运行结果显示，该工艺对COD、NH₄⁺-N、TN和TP的去除率分别达到93%、99%、85%和96%，出水水质优于《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB 18918—2002）一级A标准。组合工艺的经济性同样突出，该项目总投资约3.99亿元，单位处理成本仅1.06元/m³，运行电耗0.28-0.30kW·h/m³，显著低于同类深度处理工艺。

未来该组合工艺的发展将聚焦于三个方向：一是智能化控制系统的深度集成，通过在线水质监测、大数据分析和自适应调控，实现工艺参数的实时优化；二是低碳源消耗技术的创新，如耦合厌氧氨氧化（Anammox）菌群，利用短程反硝化途径减少碳源需求；三是模块化设计的推广应用，尤其是针对地下污水厂和分散式处理场景，通过标准化、紧凑型的设备组合降低建设成本。随着我国对水环境质量要求的持续提高，多模式A2O+V型反硝化滤池组合工艺有望成为城镇污水处理的主流选择，为"碳达峰、碳中和"目标下的污水处理厂节能降耗提供关键技术支撑。