生物濾池的低溫強化恢復

孫 明， 紀鑫奇

(沈陽建筑大學市政與環境工程學院，遼寧沈陽110168)

生物濾池的低溫強化恢復

孫 明， 紀鑫奇

(沈陽建筑大學市政與環境工程學院，遼寧沈陽110168)

為解決厭氧/缺氧生物濾池在低溫條件下(6～10 ℃)的強化恢復問題，分別采用生物強化恢復及自然恢復的方法進行對比。結果表明，在采用生物強化恢復的反應器中，NH3-N去除率由19.87%提高至62.86%，TN去除率由20%提高至55%；在采用自然恢復的反應器中，NH3-N去除率由18.32%提高至35.6%，TN去除率由17%提高至34%。采用生物強化的方式能夠解決A/O生物濾池反應器在低溫條件下恢復較為困難的問題。

低溫； 生物濾池； 強化恢復

厭氧/缺氧生物濾池開始于20世紀60年代。1967年，Young和McCarty等系統研究了厭氧生物濾池的性能，并通過使用上流式厭氧生物濾池，提高了濾池的抗負荷能力[1]。好氧的現代曝氣生物濾池(Biological Aerated Filter)是在生物接觸氧化工藝的基礎上引入飲用水處理的一種好氧廢水處理工藝[2]，由于其良好的性能，應用范圍不斷擴大。至20世紀90年代末，曝氣生物濾池的研究己經非常廣泛和系統化。例如，運用自動控制和在線監測，研究混凝劑的投加對處理效果的影響，實現優化運行，節省運行費用；研究濾池的水力學特性，對工程規模的流態模擬試驗[3]；模擬濾池水頭損失的變化，研究水力對生物膜的生長狀況的影響[4]等。目前世界上已有數千座大大小小的污水處理廠采用了這種技術[5]。缺氧-好氧生物濾池是將傳統的A/O工藝與生物濾池相結合，在基于A/O脫氮工藝的基礎上，同時具備現代生物濾池的特點。

低溫是影響微生物新陳代謝的重要限制因子之一，可使微生物內部構造發生極大改變，從而干擾微生物的正常生長代謝[6]。生物法脫氮一般由硝化和反硝化過程實現，而硝化效果取決于硝化菌的活性。有研究認為，硝化細菌的最適生長溫度為25～30 ℃，且對溫度變化非常敏感[7]。污水生物處理過程中，溫度處于15 ℃時硝化菌的活性急劇下降，當溫度降至10 ℃以下時硝化菌呈休眠狀態，低于4 ℃時大部分硝化菌喪失新陳代謝能力，導致低溫污水深度處理難以達標。

筆者采用A/O生物濾池工藝，進行低溫條件反應器強化啟動試驗研究；探索該反應器中NH3-N和TN的降解效率，以期指導和調整A/O生物濾池工藝的運行，從而確保A/O生物濾池工藝在低溫環境下取得較好的處理效果。

1 試驗材料與方法

1.1 試驗裝置

采用 A/O 生物濾池工藝研究低溫強化恢復問題，試驗裝置如圖 1 所示。污水首先經高位水箱，與好氧反應器的回流液混合，流入缺氧反應器(A 段濾柱)。在缺氧反應器中，與濾料充分接觸以后，再流入好氧反應器(O 段濾柱)。

圖1 A/O生物濾池裝置Fig.1 A/O biological filter device

1.2 接種污泥

反應器以城市污水處理廠二沉池回流污泥作為接種污泥，污泥MLSS為3 300 mg/L。

1.3 試驗原水

試驗原水取自城市污水處理廠，COD為500 mg/L，Cl-為20 000 mg/L左右，NH3-N、TN均為50 mg/L。

1.4 檢測方法

TN：堿性過硫酸鉀消解紫外光光度法；NH3-N：納氏試劑分光光度法；溫度：溫度計；MLSS：濾紙重量法。

1.5 試驗方法

采用兩套相同的反應器進行生物強化恢復和自然恢復的對比研究。1#反應器進行生物強化恢復法，2#反應器采用自然恢復法。在6～10 ℃的低溫條件下，用蠕動泵以500 mL/h的流量，每2 d向1#反應器A段及O段各投加1 000 mLMLSS為3 300 mg/L耐鹽耐冷污泥。控制1#、2#反應器在相同的運行參數下運行：濾池流速0.3 m/h，回流比為200%，氣水比為3 ∶1。定時檢測A段及O段的進出水NH3-N及TN。

2 結果與討論

2.1 低溫恢復期NH3-N的變化

在低溫恢復期1#反應器內NH3-N的變化見圖2。從圖2可以看出，1#反應器在投加污泥的32 d生物強化恢復期內，當進水NH3-N為50 mg/L左右時，隨著時間的增加，出水NH3-N從41.94 mg/L逐漸下降至19.36 mg/L。投加耐鹽耐冷污泥后，反應器內硝化菌數量增加，通過硝化作用以及生物吸附自身同化作用去除NH3-N，同時投加污泥也利于反應器中菌群結構的分布，反應器可快速啟動恢復并適應低溫條件。

圖2 低溫恢復期1#反應器NH3-N變化Fig.2 Variation curve of NH3-N in 1# reactor at low temperature in recovery phase

在低溫恢復期2#反應器內NH3-N的變化見圖3。從圖3可以看出，2#反應器在未投加污泥的32 d自然恢復期內，當進水NH3-N為50 mg/L左右時，隨著時間的延長，出水NH3-N呈波動式下降趨勢，從42.75 mg/L上升至50 mg/L左右后逐漸下降至33.36 mg/L。在第16天時出水水質突然變差，這是由于進水NH3-N濃度突然升高，反應器內硝化菌無法完全適應水質情況的變化，從而造成此時硝化菌對NH3-N去除效果的下降。但隨著時間的增加，2#反應器出水NH3-N有波動，當恢復期為26 d時出水NH3-N最低，原因是該天進水NH3-N較低。26 d后出水NH3-N基本穩定。

圖3 低溫恢復期2#反應器NH3-N變化Fig.3 Variation curve of NH3-N in 2# reactor at low temperature in recovery phase

由圖4可以看出1#、2#反應器在整個低溫恢復期內NH3-N去除率的變化情況。進行生物強化的1#反應器在投加污泥的32 d低溫恢復期內，NH3-N去除率逐漸升高，由19.87%升高至62.86%。反應器對NH3-N的去除率不是逐漸升高，而是跳躍增長，這是因為硝化菌呈對數生長，存在適應期、對數生長期和穩定期3個階段。進行自然恢復的2#反應器在32 d恢復期內，隨著時間的增加，NH3-N去除率也呈上升趨勢，由18.32%提高到35.62%。結合圖1和圖2可知，兩組反應器在進水NH3-N基本相同的情況下，1#反應器出水NH3-N較低，同時去除率較高，說明1#反應器具有較快的恢復性能。

圖4 低溫恢復期NH3-N去除率變化Fig.4 Variation curve of NH3-N removal rate at low temperature in recovery phase

綜上所述，在相同的低溫恢復期間，當反應器進水NH3-N均為50 mg/L左右時，生物強化恢復反應器出水NH3-N、NH3-N去除率增長速率和最終去除率要優于自然恢復的反應器。說明在低溫條件下，A/O生物濾池反應器采用生物強化法去除NH3-N恢復期短，出水NH3-N濃度低，去除率較高。

2.2 低溫恢復期TN變化

在整個低溫恢復期1#反應器內TN的變化見圖5。從圖5可以看出，1#反應器在投加污泥的32 d生物強化恢復期內，當進水TN為50 mg/L左右時，出水TN從41.97 mg/L逐漸下降至22.70 mg/L，接近32 d時出水TN逐步趨于穩定。這是由于反應器中接種生物接觸氧化反應器沉淀區的冷微生物后，促進反應器中逐步形成適于低溫條件下生長繁殖的菌群結構，增加了生物整體活性，提高了工藝低溫運行的脫氮性能，有利于反應器對TN的去除。

圖5 低溫恢復期1#反應器TN變化Fig.5 Variation curve of TN in 1# reactor at low temperature in recovery phase

在整個低溫恢復期2#反應器內TN的變化情況見圖6。從圖6可以看出，2#反應器在未投加污泥的32d自然恢復期內，當進水TN為50 mg/L左右時，出水TN呈波動式下降趨勢，從43.01 mg/L上升至48.70mg/L左右后逐漸下降至33.88 mg/L。在第16天時TN的出水濃度突然變高，這是由于進水TN濃度突然升高，反應器內菌群無法完全適應水質情況的變化。同時低溫導致生物活性降低，工藝硝化過程難以進行，使2#反應器出水TN濃度升高。

圖6 低溫恢復期2#反應器TN變化Fig.6 Variation curve of TN in 2# reactor at low temperature in recovery phase

1#、2#反應器在整個低溫恢復期內TN去除率的變化見圖7。從圖7可以看出，進行生物強化的1#反應器在投加污泥的32 d低溫恢復期內，TN去除率逐漸升高，由20%升高至55%。其中，在第18天TN去除率有所下降，由45%下降至40%，這是因為當天反應器進水TN突然升高，反應器內菌種沒有完全適應水質狀況。進行自然恢復的2#反應器在32 d恢復期內，隨著時間的延長，TN去除率僅由17%提高到34%，反應器恢復相比于1#反應器較慢。

圖7 低溫恢復期TN去除率變化Fig.7 Variation curve of TN removal rate at low temperature in recovery phase

綜上所述，在相同的32 d低溫恢復期內，當生物強化與自然恢復反應器進水TN濃度均為50 mg/L左右時，生物強化反應器TN出水濃度和去除率優于自然恢復反應器，恢復時間短。說明低溫條件下，A/O生物濾池采用生物強化方式對反應器TN去除效果的快速恢復有明顯效果。

3 結論

① 與2#自然恢復的反應器相比，1#生物強化反應器的提高速率明顯較高，這說明采用生物強化的方式解決A/O生物濾池反應器低溫條件下恢復較為困難的問題是可行的。

② 在為期32 d的整個低溫恢復期間，進行生物強化的反應器出水NH3-N為19.36 mg/L，NH3-N去除率由19.87%升高至62.86%。與自然恢復的反應器相比，出水NH3-N低，去除率增長速率

較快，說明低溫下進行生物強化對反應器NH3-N去除效果的快速恢復有明顯效果。

③ 在相同的低溫恢復期間內，自然恢復的反應器對TN的去除率變化較小，而進行生物強化恢復的反應器內出水TN由41.97 mg/L降至22.70 mg/L，TN去除率由20%升高至55%，說明低溫下進行生物強化對反應器的TN去除效果的快速恢復有明顯效果。

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Enhanced recovery of biological filter at low temperature

Sun Ming, Ji Xinqi

(SchoolofMunicipalandEnvironmentalEngineering,ShenyangJianzhuUniversity,Shenyang110168,China)

In order to solve the problem of enhanced recovery of anaerobic/anoxic biological filter at low temperature (6 ℃ to 10 ℃), the experiments with the methods of biological enhanced recovery and natural recovery were carried out. The results showed that the removal efficiency of NH3-N was increased from 19.87% to 62.86%, and the removal efficiency of TN was increased from 20% to 55% in biological enhanced recovery reactor. However, the removal rate of NH3-N increased from 18.32% to 35.6%, and the removal rate of TN increased from 17% to 34% in natural recovery reactor. Therefore, it was better to solve the problem of A/O biological filter reactor in low temperature conditions by biological enhanced method.

Low temperature; biological filter; enhanced recovery

TU992.3

A

1673-9353(2016)06-0019-04

10.3969/j.issn.1673-9353.2016.06.005

孫 明(1994- )， 碩士，研究方向為難降解有機污水處理關鍵技術研究。E?mail：571453288@qq．com

2016-04-23