短程硝化－反硝化中鐵炭填料對污水中氮、磷去除的研究

董欣楊，王智鵬，古 創，趙伯毅，張厚軍

（1．核工業北京化工冶金研究院，北京 101149；2．江蘇維爾利環保科技有限公司，江蘇 常州 213125）

除磷、脫氮是污水處理工藝中經常面對的問題。除磷和脫氮同時進行，存在泥齡、碳源供給等方面的問題，使得常規生物脫氮、除磷工藝不穩定而且效率不高［1－2］。

鐵元素作為微生物生長的營養物質之一，對生物生長和反應有促進作用，同時也能明顯提高污水處理效果［3－8］。催化鐵體系能夠消除隨污水進入厭氧系統中的部分溶解氧，創造更嚴格的厭氧環境，提高除磷菌的除磷效果。

試驗根據鐵在生物處理中的作用，研究了鐵炭填料在實現短程硝化同步反硝化脫氮、除磷系統中對亞硝酸鹽積累、COD去除、脫氮、除磷等方面的影響。

1 金屬載體促進亞硝酸鹽積累和污水凈化機制

鐵元素是一些酶（如脫羧酶）的輔助營養因子，在微生物有氧呼吸中，鐵離子起著重要作用。同時，鐵離子是很好的化學催化劑，對細胞膜的滲透性有強化作用。

鐵在溶液中的反應通常有2種情況：在偏酸性溶液中，鐵發生析氫腐蝕，反應式為（1）；在偏堿性溶液中，鐵發生吸氧反應，反應式見（2）。

在曝氣狀態下，鐵的腐蝕速度加快。另外，鐵的電化學性質還可使大分子物質斷鏈開環分解成小分子中間體。

2 試驗裝置與流程

試驗裝置與流程如圖1所示。試驗中的原水為某小區的生活污水。鐵炭填料加入反應器的好氧區。系統處理能力10L／h。

圖1 厭氧－好氧－缺氧短程脫氮同步反硝化除磷工藝流程

該流程（原水一部分分流至好氧反應單元，厭氧出水一部分分流至缺氧區）運行方式的優點為：1）提高好氧反應單元游離氨的（FA）濃度，促進亞硝酸菌生長；2）有利于厭氧區磷的釋放；3）有利于缺氧區聚磷菌選擇適當的氧化劑實現聚磷。

試驗采用的鐵炭填料為螺旋狀，長約50cm，其主要由零價鐵和碳元素組成。鐵炭填料在投入好氧處理單元之前用10%鹽酸溶液浸洗活化去膜，用去離子水沖洗。

反應器內的混合液偏堿性，鐵在偏堿性溶液中產生Fe（OH）2。由于鐵的腐蝕導致pH升高，進而導致游離氨增加，這對亞硝酸菌的生長起促進作用，從而可在反應器內使亞硝酸鹽穩定并快速積累。

3 試驗結果及討論

試驗開始時是在一體化反應器好氧區中部添加金屬載體床，采用底部曝氣方式。隨后，對曝氣方式加以改進，在載體中間設置曝氣裝置，消除局部存在的厭氧導致污泥變黑狀態，系統運行更加穩定。系統穩定后，考察對廢水脫氮、除磷效果。

3．1 COD的去除

圖2為投加鐵炭填料前、后COD去除率的變化。投加鐵炭填料之前，COD平均去除率為79．5%；投加鐵炭填料之后，COD去除率有明顯提高，平均達88．6%。

圖2 鐵炭填料對COD去除率的影響

3．2 氮的去除

圖3 鐵炭填料對N－N去除率的影響

圖4 鐵炭填料對N－N積累率的影響

3．3 磷的去除

圖5為投加鐵炭填料前、后總磷平均去除率的變化。

圖5 鐵炭填料對除磷的影響

由圖5看出：投加鐵炭填料前，總磷平均去除率為82．2%；投加鐵炭填料后，總磷平均去除率提高到90．5%，而且出水比較穩定。這表明該工藝對總磷去除率高且穩定性能好。

4 結論

通過A／O／A工藝的快速啟動，在穩定運行期間，好氧段亞硝氮的積累量穩定在5～10mg／L之間，NH＋4－N、COD、總磷去除率可分別達92%、88%、90．5%，缺氧段能夠實現以亞硝酸鹽作為電子受體的反硝化除磷。

金屬鐵載體對亞硝酸鹽的積累有顯著促進作用，調節pH（7．8～8．7）和DO（3～5mg／L），亞硝酸鹽積累量可達45%以上。系統中存在生物反硝化除磷和化學除磷2種除磷方式，磷去除效果良好。

該系統結合短程脫氮及反硝化除磷，為城市污水脫氮除磷工藝的革新提供了新的研究方向，但是該工藝對控制條件和操作技術要求較高，還有待進一步完善。

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