懸浮填料床同步硝化反硝化脫氮試驗研究

莫文婷，丁翔宇

（1．華中科技大學武昌分校城市建設學院，湖北 武漢430064；2．中建三局第二建設工程有限責任公司，湖北 武漢430000）

生物膜法是一種廣泛應用于污水處理中的高效脫氮除磷工藝。作者在此向A2／O好氧段裝填懸浮填料進行脫氮試驗，以研究生物膜的脫氮效果并探討生物膜法脫氮的機理與影響脫氮的制約因素。

1 試驗

1．1 材料、裝置與流程

種污泥取自武漢市龍王嘴污水處理廠二沉池沉淀污泥。

試驗主反應器由聚甲基丙烯酸甲酯制成，其內徑為250mm，總有效容積為15L，其余設備包括鼓風機2臺（一備一用）、蠕動泵1臺、轉子氣體流量計1個。懸浮填料選用青島Kaldnes填料，其外部呈棘輪狀，內壁由十字筋連接。

試驗流程如圖1所示。

圖1 工藝流程圖Fig．1 The process flow diagram

1．2 試驗水質

試驗進水采用人工合成原水，以葡萄糖作為外加碳源，其組分及相應濃度如表1所示。

表1 試驗廢水水質Tab．1 The quality of the wastewater

1．3 試驗方法

試驗采用快速排泥掛膜法［1］，在20～30℃下進行。采用蠕動泵連續進水，水力停留時間（HRT）為6h（硝化菌的生長周期）［2］，填料填充率為30%（根據廠家提供的填料特性），DO維持在3．0mg·L－1左右。

2 結果與討論

2．1 試驗過程

試驗發現，掛膜7d后，肉眼可見填料上有黃色斑點狀微生物附著；15d后填料上附著微生物明顯增多；掛膜第30d，系統對COD的去除率達到90%以上，氨氮去除率達到85%以上。對填料上微生物進行鏡檢，觀察到填料上有草履蟲和變形蟲出現（如圖2所示）。表明系統掛膜穩定。

2．2 系統對氨氮、總氮的去除效果（圖3）

由圖3a可知，在 HRT為6h、填料填充率為30%、DO為3．0mg·L－1時，系統對氨氮的去除效果較好。在維持進水氨氮平均濃度為14．33mg·L－1時，系統對氨氮的平均去除率達到89．52%、出水氨氮平均濃度保持在1．47mg·L－1。由圖3a還可知，系統對氨氮的去除保持較高的穩定性。分析原因，可能是由于生物膜上的硝化菌世代周期較長［2］，附著在懸浮填料載體上，不易流失，使硝化細菌保持了較高的生物活性，在系統中處于較好的生長態勢，有利于系統中硝化反應的進行，硝化反應較為徹底。

圖2 生物膜微生物觀察圖Fig．2 The observation of microorganisms on the biofilm

圖3 系統對氨氮（a），總氮（b）的去除效果Fig．3 The removal efficiency of ammonia nitrogen（a），total nitrogen（b）of the system

由圖3b可知，在好氧條件下，在進水總氮平均濃度為24．74mg·L－1時，系統對總氮的去除率最高達到35．07%，對總氮的平均去除率達到29．46%，出水總氮平均濃度為17．44mg·L－1，總氮去除量達到了7．30mg·L－1。表明反應器在好氧條件下，具有明顯的脫氮效果。分析原因，其一可能是由于反應器中曝氣不均勻，造成系統中存在缺氧環境，使得系統中懸浮的異氧菌在缺氧條件下進行反硝化脫氮。然而檢測發現，反應器水中懸浮的SS始終保持在200～300mg·L－1，其對總氮的去除幾乎可以忽略不計。因此判斷系統對總氮的去除主要是由于懸浮填料上生物膜的作用，硝化菌附著在懸浮填料的表面，硝化反應在生物膜表面發生，同時在生物膜反應器內由于氧擴散的限制而存在缺氧區、好氧區［3］，異氧菌得以生長，反硝化反應在生物膜內部發生。使得同步硝化反硝化在生物膜上能夠順利進行。

2．3 反應器脫氮制約因素分析

對反應器出水總氮、硝酸鹽氮、亞硝酸鹽氮、氨氮進行檢測，結果如表2所示。

表2 氮素轉化分析Tab．2 The analysis of transformation of nitrogen

由表2可知，在出水總氮中，氨氮占10．01%、硝酸鹽氮占73．58%、亞硝酸鹽氮占3．01%，其中硝酸鹽氮所占比例較大。這是因為，在好氧條件下，反硝化效果較差，造成硝酸鹽氮的積累從而制約了整個脫氮過程。表明，在好氧反應器中，反硝化過程是脫氮的制約因素之一。因此，在好氧池中有效地加強反硝化的效果，能夠大大提高系統的脫氮能力。

3 結論

（1）在水力停留時間為6h、填料填充率為30%、DO為3．0mg·L－1的條件下，系統對氨氮的平均去除率達到89．52%、出水氨氮平均濃度保持在1．47mg·L－1；對總氮的平均去除率達到29．46%、出水總氮平均濃度為17．44mg·L－1。

（2）在系統出水中，硝酸鹽氮占總氮的73．58%，反硝化過程成為系統脫氮的制約因素之一。

［1］顧國維．水污染治理技術研究［M］．上海：同濟大學出版社，1997：185－189．

［2］韓劍宏．水工藝處理技術與設計［M］．北京：化學工業出版社，2007：166．

［3］馬凱，彭繼峰．同步硝化反硝化技術的提出及其影響因素分析［J］．安徽建筑工業學院學報（自然科學版），2010，18（4）：67－71．