生物過濾系統填料動態快速掛膜速度實驗研究

陳寧 王亞軍 賈懷宏

摘要：為提高生物過濾系統應用效率，加速填料動態掛膜速度，壓縮前期啟動時間，進行了填料快速掛膜相關研究工作。采用接種掛膜法和排泥掛膜法的復合式馴化方式，掛膜期間，定期檢測出水水質（COD，NH3-N和TN指標）變化，直至所有指標趨于穩定，視為掛膜成功，動態掛膜時間約為18 d。排泥法和階梯提升HLR運行方式能有效加快填料動態掛膜速度。

關鍵詞：生物過濾系統;填料;掛膜

中圖分類號：X7 文獻標志碼：A

填料掛膜是指裝置內填料顆粒表面生物膜的馴化和形成過程。生物膜的成熟是生物濾池工藝的核心，也是穩定運行與開展微觀研究的基礎，具有重要的實際意義。應用最為廣泛的掛膜方法包括自然掛膜法，接種掛膜法和快速排泥掛膜法。本研究為此開展了相關研究工作。

1材料與方法

1.1試驗用水

1.2試驗裝置與儀器

無滯留區生物滯留池，即生物濾池（Biofilter，BF）和含有淹沒區生物滯留池（Bioretention cell，BRc）試驗裝置如圖1所示，圓柱體反應器由有機玻璃制成，均使用黑布掩蓋，反應器總高度800 mm（填料高度700 mm），內徑80 mm。池體上部布置了一根豐型進水管均勻布水，下部出水。采用恒流泵保持裝置連續進水。

1.3填料掛膜方法

本研究采用接種掛膜法和排泥掛膜法的復合式馴化方式。原因是排泥法在填料表面形成一定生物膜，將大部分呈懸浮態微生物及雜質快速排除，以保證固著態微生物獲得很好的生長條件而大量繁殖，達到快速掛膜的目的。

同時，選擇良好的接種污泥是掛膜成功的第一步驟，所以BRC反應裝置接種污泥取自污水處理廠消化污泥。原因是A/A/O工藝的剩余污泥在消化池中易發生反硝化作用，含有反硝化細菌。將此接種消化污泥用于BRC淹沒層初期馴化無疑為快速馴化掛膜打下基礎。

2系統啟動調試

2.1掛膜啟動過程

本試驗中主要包括了2部分掛膜對象：BRC淹沒層，BRC過濾層。

BRC淹沒層內混合顆粒填料在加入反應柱之前，進行初期馴化過程，即用接種污泥（取自南京城南污水處理廠消化污泥）間歇培養，每隔8 h灌入一定量人工配制的污水營養液（C/N=4），在人工配水營養物已完全為污泥中的厭氧微生物所適應的2周后，開始動態運行過程。

2.2裝置調試過程

第3周（第15 d）開始動態運行過程（連續進水，C/N=4，水力負荷0.2 m³/（m2·d）），按照BRC反應柱填料垂直順序依次裝入排水層、初期馴化的淹沒層、過渡層和過濾層。裝填每層填料均用木錘每次提高10 cm進行夯實。采用人工配水營養液連續進水使裝置填料結構穩定和微生物逐漸適應污水水質波動。

2.3穩定運行過程

第5周（第29 d）開始穩定運行期（c/N=4），采用逐N-N加流量的方式：進水（第29 d水力負荷0.2 m³/（m2.d））、排空、進水（第33 d后水力負荷提升到0.5 m³/（m2·d））、排空、進水（第39 d后水力負荷提升到1.0 m³/（m2·d））、第42 d結束。每隔2 d采集進/出水檢測，直至系統的COD，NH³-N和TN指標逐漸穩定，表示掛膜成功。

2.4調試穩定運行效果討論

本研究涉及的所有BRC反應柱以及強化BRC反應柱都經歷了啟動調試階段（掛膜啟動期、裝置調試期和穩定運行期），運行規律和結果都相似，因此，本節內容以一個BRC反應柱的運行效果為例說明系統啟動調試的過程。

本試驗掛膜主要以COD，NH3-N和TN指標的去除率為調試和穩定運行期結束的標志。同時期間，本試驗通過電導率儀測定了出水電導率值，電導率值由原水的1 027 us/cm降到990us/cm左右，其值基本穩定不變視為間接標志著掛膜成功。

2.4.1調試穩定期COD去除效果

裝置調試期（第15 d至第28 d）和穩定運行期間（第29 d至第42 d）BRC反應柱對COD的去除效果如圖2所示。原水的COD濃度波動幅度較小（均在230 mg/L左右波動），反應柱的出水COD濃度發生一定程度的波動，不過從整個時間序列而言是保持下降趨勢的。最后12 d（即第31 d），反應柱出水的COD值趨于穩定，無論原水如何波動，最終的出水均趨近于40 mg/L且保持穩定。

從圖2可以看出，可以發現BRC反應柱的COD去除率前23 d在70%上下起伏，主要原因可能由活動流體的群體效應引起填料空間變化和滲流性能的減小，水流分布非均勻分布導致不能充分利用填料進行污染物凈化。在穩定運行期的第一周后逐漸升高且趨勢穩定，最終去除率達到80%以上，標志掛膜成功，主要原因可能是在穩定運行期間采用逐級升高HLR的方法能有效加快裝置的掛膜，穩定時間（7 d）明顯少于直接采用單一進水荷進水的方法（23 d）。張杰等學者[3-4]也得出了類似結果。

2.4.2調試穩定期NH3-N和TN去除效果

裝置調試期（第15 d至第28 d）和穩定運行期間（第29 d至第42 d）BRC反應柱對NH3-N和TIN的去除效果如圖3所示。原水的NH3-N和TN值較為穩定，由表3可知，進水BODdCOD在0.55左右，可生化性良好;進水的BOD5/NH3-N在3左右，可認為碳源充足，適宜反硝化細菌生長繁殖。另外，人工配水中配加了NaH-C03，提高了進水堿度，有利于反硝化細菌的生長。氮素隨著時間進程均逐漸下降趨勢，但去除效率有限。

從圖3可以看出，NH3-N和TN去除率前25 d的去除率很低，NH3-N在30%上下波動，TN在15%上下波動;然后從第26 d起，也就是進入穩定運行期階段之后，去除率逐漸升高且趨勢穩定，在第37 d NH3-N去除率達到45%以上，TN去除率達到35%以上，基本標志掛膜成功，比COD達到穩定去除率的時間晚了5 d左右。但是，氮素去除率有限的問題很突出，這與以往BRC降解含氮雨水研究結果相似。

3結論

本試驗的掛膜根據BRC分層情況分為掛膜啟動、裝置調試和穩定運行階段，采用接種掛膜法和排泥掛膜法的復合式馴化方式。掛膜期間，定期檢測出水水質（COD，NH3-N和TN指標）變化，直至所有指標趨于穩定，視為掛膜成功，動態掛膜時間約為18 d。

排泥法和階梯提升HLR運行方式能有效加快填料動態掛膜速度，但是由于HLR階梯運行可能引起的滲流能力變化仍需進一步研究分析。