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污水的深度处理目的主要为进一步脱氮或除磷。生物除磷与生物脱氮关于泥龄方面是一个相互矛盾过程，由于硝化细菌生长繁殖慢，生物脱氮需要一个长的污泥龄。而生物除磷通过微生物的大量繁殖，将吸收过量磷的聚磷菌以剩余污泥的形式去除，需要一个短的泥龄。生化处理很难兼顾脱氮和除磷均具有很好的效果。
对于已建污水厂排放标准通常由《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB 18918-2002）一级B提高到以A标准，深度处理常采用常规的絮凝沉淀+介质过滤进行化学除磷；对于部分新建高标准污水处理厂出水水质达到地表水类Ⅳ类水甚至类Ⅲ类水，出水TN≤10mg/L，深度处理需要采用生物法脱氮。在污水深度处理中常用的滤池有砂滤池、活性砂滤池、曝气生物滤池。砂滤池和活性砂滤池属于介质过滤，配合投加絮凝剂主要进行化学除磷。曝气生物滤池主要是生物脱氮。（1）砂滤池特点。砂滤池主要有均匀级配石英砂滤池、双层滤料滤池、单层细砂滤料滤池。均匀级配石英砂滤池主要形式是V型滤池，在我国再生水厂中应用的多。V型滤池滤料有效粒径（d10）为0.9mm～1.3mm，不均匀系数（K80）为1.4～1.6，滤层厚度为1.0m～1.3m。由于滤料孔隙尺寸相对较大，过滤时，杂质穿透深度大，能够发挥绝大部分滤料的截污作用，因而滤层含污量大。
2.活性砂滤池
活性砂滤池是集混凝、澄清、过滤于一体的连续过滤砂滤池。滤池采用单层均质级配石英砂滤料，粒径为0.8mm～1.2mm，滤料层厚度为2.0m～2.5m，不均匀系数宜小于1.5。活性砂滤池运行原理为：待处理的水通过位于设备底部的布水器进入系统内部，水流自下而上流经活性砂滤床，污水中的污染物杂质被滤床截留后，水质得以净化，净化后的滤后水从过滤器顶部的出流口流出；截留有污染物杂质的滤砂通过位于过滤器底部的空气提升泵提升至顶部的清洗器，通过紊流作用和机械碰撞作用使污染物杂质与滤砂得以分离，从而使滤砂得以清洗干净，洗净后的滤砂通过自身重力返回砂床重新参与过滤。在废水进入活性砂过滤器之前通常需要投加絮凝剂，使污水中的悬浮物及胶体颗粒在絮凝剂作用下脱稳形成较大的絮状颗粒，进行沉淀后或不经沉淀直接进入活性砂过滤池，通过活性砂过滤器进行过滤截留处理。活性砂滤池进行连续气提反洗，效率高，24小时连续工作，不需停机反冲洗。
3.曝气生物滤池
（1）曝气生物滤池的特点。曝气生物滤池（BAF）是生物接触氧化和过滤结合的一种滤池。曝气生物滤池既可以用在二级生化处理中，也可用在污水深度处理中。由于曝气生物滤池对进水SS要求不大于60mg/L，当用于二级生化处理中，常需要复杂的预处理单元，因此曝气生物滤池在污水深度处理中应用更为广泛。根据曝气生物滤池去除污染物的作用，曝气生物滤池可分为碳氧化滤池、硝化滤池、后置反硝化滤池或前置反硝化滤池等。碳氧化、硝化滤池滤料粒径宜为3mm～5mm，反硝化滤池滤料粒径宜为4mm～6mm。滤料层厚度为2.0m～4.0m，曝气生物滤池宜采用上向流进水。曝气生物滤池用于反硝化脱氮时常需要投加外加碳源，常用碳源有甲醇、乙酸钠等。外加碳源投加量应经计算后计量投加，可根据硝氮浓度自动控制碳源投加量，避免了过量加药以及因其可能产生的出水BOD升高、导致后续运行费用增加。碳氧化滤池和硝化滤池的曝气量应由计算得到。
