間歇運行多級生物接觸氧化法處理生活污水試驗研究

納麗萍（西北民族大學化工學院，甘肅　蘭州　730030）

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間歇運行多級生物接觸氧化法處理生活污水試驗研究

納麗萍
（西北民族大學化工學院，甘肅蘭州730030）

摘要：通過研究生物接觸氧化法的間歇運行方式在不同HRT和不同曝氣時間下COD、NH4+-N去除情況，試驗結果表明：當24h進水3次，進水量6.7l/d，HRT為24h、累計曝氣時間為12h時，出水COD、NH4+-N平均濃度分別為56.7mg/L和14.5mg/L，其處理效果滿足《城鎮污水處理廠污染物排放標準》（GB 18918—2002）中一級B標準。間歇運行可大幅減少污水處理成本，為節能工藝的開發提供了試驗依據。

關鍵詞：間歇運行；生物接觸氧化；污水處理；

生物接觸氧化法具有微生物濃度高、運行穩定效果穩定、剩余污泥產量少、系統耐沖擊負荷強，可間歇運行等特點［1］，廣泛適用于生活污水、工業廢水及微污染水源水的處理［1，6］。生物接觸氧化法介于活性污泥法和生物膜法之間，通常在反應器中設置曝氣裝置；對污水曝氣一方面要保證污水中有一定的溶解氧，從而維持微生物生長和降解有機物；另一方面微氣泡上升時攪動水體，沖刷生物填料表面，使老化的生物膜脫落，促進生物膜的更新［7］。若以間歇曝氣、連續進水的方式運行，也可以達到相同或者較好的處理效果，則能同時降低電耗，節約污水的處理成本。

筆者以配水模擬生活污水，研究間歇式生物接觸氧化反應器對去除有機物及氨氮效果的影響，為該工藝在污水處理中的應用提供實驗依據。

1　試驗材料與方法

1.1試驗裝置

本試驗采用的處理工藝流程：進水—三級生物接觸氧化池—沉淀池（排泥）—出水。反應器由厚0.5cm的有機玻璃加工制作而成，接觸氧化區總有效容積6.69L。主反應器共分四格，第一、二、三格為接觸氧化區（掛有試驗所用立體彈性填料），第四格為沉淀區（設出水堰），試驗裝置如圖1所示。

圖1　多級生物接觸氧化工藝試驗裝置

1.2試驗水質

試驗用水采用模擬生活污水，水質情況見表1。

表1　試驗用水水質

1.3試驗方法與內容

試驗采用間歇進水、間歇曝氣的運行方式，分為2個階段研究。階段Ⅰ累計曝氣時間恒定為4h，水力停留時間分別為72h（進水量2.3l/d，24h進水1次）、36h（進水量4.5l/d，24h進水2次）、24h（進水量6.7l/d，24h進水3次）和12h（進水量13.4l/d，24h進水6次）；階段Ⅱ水力停留時間為24h（進水量6.7/ d，24h進水3次），累計曝氣時間為4 h、8h和12h。兩階段進水方式均為每次進水持續1h，24h等間隔進水；曝氣方式均為每次曝氣1h，24h內等間隔曝氣。每次變更試驗參數后運行8 d，試驗期間水溫在21～25℃之間。

1.4取樣分析方法

CODCr、NH4+-N、pH等指標按文獻［8］的標準方法測定，水溫采用水銀溫度計測定。

2　結果與討論

試驗選取穩定運行時的數據進行分析，考慮到在實際工程的運行中，生物接觸氧化技術主要用于去除污水中有機質和氨氮，本文把CODCr和氨氮作為主要水質考察指標進行分析。

2.1反應器的啟動

試驗所用的接種污泥來自污水處理廠氧化溝末端的活性污泥，經沉淀靜置后去掉上清液加入反應器，注入人工配制模擬生活污水，進行污泥的連續培養、馴化。反應器中的DO保持在3.0～4.0mg/L左右。掛膜方式為：將一定量的接種污泥倒入反應器，配好的原水（按BOD5：N：P＝100：5：1配制）少量連續的加入反應器，同時進行少量曝氣，出水經沉淀池沉淀后排出。從開始馴化到掛膜培養的10d內，可以觀察到填料上生物膜厚度不斷增加，其顏色也逐漸變為棕褐色，鏡檢生物膜可以觀察大量原生和后生動物，同時，反應器的出水較清澈，出水中的懸浮物較少。取樣測定COD的去除率變化不大（見表2），這些可說明生物膜的培養馴化已經成熟［9］。

表2　掛膜成熟工藝穩定運行各項指標處理效果

2.2對COD的去除效果

試驗期間進水COD值為：188.8～549.2 mg/L，COD平均值為332.2mg/L，從掛膜成熟系統穩定運行開始進行水質分析，測定反應器進水和出水的COD，通過調節進水流量來改變水力停留時間，階段Ⅰ、階段Ⅱ條件下的COD去除效果列入表3、表4。圖2、圖3分別為階段Ⅰ和階段ⅡCOD進水值、出水值以及去除率隨HRT及曝氣時間的變化趨勢。

表3　階段ⅠCOD去除效果

表4　階段ⅡCOD去除效果

圖2　相同曝氣時間（4h）COD的去除效果隨HRT的變化趨勢

圖3　相同HRT（24h）COD的去除效果隨曝氣時間變化趨勢

從表3及圖2可知，該工藝采用間歇進水、間歇曝氣的運行方式，對于降解有機物的微生物而言，食料和空氣都是間斷供應的。隨著負荷和供氧狀況的變化，微生物降解有機物的作用受到抑制一定程度上影響有機物的去除效果。但生物接觸氧化法反應器中的生物量較活性污泥法工藝要多［11］，這也使該工藝可以在低HRT條件下實現對水中有機物的良好去除。由表3和圖3可以看出，當HRT恒定為24h，反應器間歇運行時，曝氣時間從4h增加至12h，出水COD降低程度不太顯著，分析其原因主要是生物膜上的微生物種類豐富，反應器分段運行，每段都繁衍本段進水水質相適應的微生物，因此曝氣時間對COD去除效果的影響有限。

2.3對NH4+-N的去除效果

試驗期間進水NH4+-N值為24.7～39.8 mg/L，平均值為31.8 mg/L。階段Ⅰ、階段Ⅱ條件下的NH4+-N去除效果列入表5、表6。圖4、圖5分別為階段Ⅰ、階段ⅡNH4+-N進水值、出水值以及去除率隨HRT和曝氣時間的變化趨勢。

表5　階段ⅠNH4+-N去除效果

表6　階段ⅡNH4+-N去除效果

圖4　相同曝氣時間（4h）NH4+-N的去除效果隨HRT的變化趨勢

圖5　相同HRT（24h）NH4+-N的去除效果隨曝氣時間變化趨勢

工藝采用間歇運行能造成反應池中出現周期性的好氧、缺氧和厭氧環境，在曝氣時段，反應器中溶解氧可達3～4mg/L，硝化菌將氨態氮氧化為硝酸鹽氮和亞硝酸鹽氮，停止曝氣初期，溶解氧被消耗導致其濃度迅速下降并接近于零。此時反應池出現缺氧狀態，微生物可利用有機物為供氫體使硝態氮反硝化，還原為N2或NxOy后排入大氣。從表4及圖4可知，當曝氣時間為4h時，NH4+-N的去除率始終維持在較低水平，尤其是HRT為12h時，出水NH4+-N＞25mg/L，其濃度已達超出國家污水綜合排放標準的二級標準。當HRT恒定為24h時，NH4+-N的去除效果則隨曝氣時間的增加而增加，曝氣時間對NH4+-N的出去效果影響顯著。

3　結論

1）試驗研究表明：采用生物接觸氧化法間歇運行處理生活污水污水是可行的，當24h進水3次，進水量6.7l/d，HRT為24h、累計曝氣時間為12h時，出水COD、NH4+-N平均濃度分別為56.7mg/L和14.5mg/L，其處理效果滿足《城鎮污水處理廠污染物排放標準》（GB 18918—2002）中的一級B標準。

2）若考慮降低能耗，節約污水處理成本，間歇運行的生物接觸氧化工藝可采用HRT為24h、累計曝氣時間為4h，此時出水COD、NH4+-N平均濃度分別為61.8 mg/L和23.1mg/L，指標均可以達到《城鎮污水處理廠污染物排放標準》（GB 18918—2002）中的二級標準。

3）間歇運行的生物接觸氧化工藝對于處理間斷排放、低負荷生活污水的處理比連續運行工藝可節約一定的運行費用，對節能工藝的開發具有積極的指導意義。

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