生物膜法去除二級出水中的氨氮
目前，污水二級處理中的生物脫氮有活性污泥法與生物膜法兩種。由于硝化菌的世代周期長、比增長速率小，在活性污泥處理系統(tǒng)中此類細(xì)菌難以占優(yōu)，為取得較好的脫氮效果，在運(yùn)行過程中往往要求控制泥齡為15～20d且耐沖擊負(fù)荷較差，從而限制了活性污泥的處理能力。在生物膜法處理中，生物固體的平均停留時(shí)間與污水的停留時(shí)間無關(guān)，硝化菌和亞硝化細(xì)菌能夠大量繁殖，氨氮的容積去除負(fù)荷率較大，耐沖擊負(fù)荷能力強(qiáng)。在二級出水的低濃度條件下，由于活性污泥很難培養(yǎng)，因此一般在三級處理時(shí)更宜采用生物膜法。
1 試驗(yàn)條件及原水水質(zhì)
“一汽”廢水處理的進(jìn)水水質(zhì)與一般城市污水接近。經(jīng)傳統(tǒng)的活性污泥法處理，其出水的各項(xiàng)指標(biāo)如表1所示。
表1 水質(zhì)指標(biāo)及測定方法
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試驗(yàn)系統(tǒng)進(jìn)水為二級出水，取自二沉池出口？諝鈦碜栽搹S曝氣池的曝氣管路，供氣穩(wěn)定。
2 裝置及工藝流程
試驗(yàn)裝置的主體是好氧生物反應(yīng)器，制作材料為4mm厚鋼板，高為2.1m，長為1.2m，寬為0.7m。用鋼筋支架固定新型纖維填料。該填料具有易掛膜、比表面積較大、傳質(zhì)效率高、不易堵塞且價(jià)格便宜等優(yōu)點(diǎn)。填料區(qū)高約為1.5m，底部曝氣。由于進(jìn)水COD較低，系統(tǒng)產(chǎn)泥量小，因此未單獨(dú)設(shè)沉淀池，在溢流堰出口處設(shè)有沉淀槽(起到三相分離作用)，使出水中脫落的生物膜沉淀后回到系統(tǒng)中。
3 分析方法
試驗(yàn)系統(tǒng)連續(xù)運(yùn)行，每天數(shù)次取樣檢測，分析方法見表2。
表2 檢測指標(biāo)及分析方法
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4 結(jié)果及分析
4.1 掛膜啟動
為加快掛膜速度，采用連續(xù)投加活性污泥作為種泥的方法進(jìn)行培養(yǎng)，即在啟動后的前幾天連續(xù)投加種泥，小流量遞增進(jìn)水，連續(xù)曝氣。掛膜前纖維潔白，掛膜后纖維表面為土黃色，池表面散發(fā)出土腥味。系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定后出水清澈。在啟動后對生物膜進(jìn)行了持續(xù)鏡檢，隨著對新環(huán)境的適應(yīng)，生物膜上的原生動物和后生動物也在不斷變化。
4.2 運(yùn)行
掛膜培養(yǎng)完成后即進(jìn)入正式運(yùn)行。
① 對氨氮的去除
掛膜后進(jìn)水量為900～1000L/h，停留時(shí)間約為1～1.2h，曝氣量為2500～3000L/h，pH值為7～7.5。在停留時(shí)間為1～1.2h時(shí)系統(tǒng)對氨氮的去除率為42%～67%。
運(yùn)行一個(gè)月后，進(jìn)水量變?yōu)?00～400L/h，曝氣量為3.0m3/h，水力停留時(shí)間約為3～3.5h，pH值為7～7.5。在停留時(shí)間為3～3.5h時(shí)系統(tǒng)對氨氮的去除率為89%～100%。在二級出水pH值穩(wěn)定的情況下出水氨氮＜1.0mg/L，甚至多次出現(xiàn)未檢出的情況，可以滿足地表水環(huán)境質(zhì)量Ⅳ類水體標(biāo)準(zhǔn)或電廠循環(huán)冷卻水標(biāo)準(zhǔn)。
運(yùn)行兩個(gè)月后，進(jìn)水量變?yōu)?00～600L/h，曝氣量為2.0m3/h，水力停留時(shí)間約為2h左右，在停留時(shí)間為2h左右時(shí)系統(tǒng)對氨氮的去除率為85%～95%。在二級出水pH值穩(wěn)定的情況下，
② 對COD的去除
系統(tǒng)啟動后連續(xù)取樣檢測，對COD的去除情況如表3所示。
表3 對COD的去除 mg/L
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從表3可見，該裝置對二級出水殘留的COD有很好的去除效果，出水COD為20mg/L左右，表明系統(tǒng)同時(shí)具有去除有機(jī)物和硝化的功能。
4.3 影響去除氨氮效果的因素
① 溫度
溫度對生物硝化有很大的影響，硝化菌適宜的生長溫度為23～25℃。系統(tǒng)曾在4～5℃時(shí)啟動過，但一直沒有檢測到對氨氮的去除效果，證明在此溫度下硝化菌已基本失去活性。
② DO
反應(yīng)器內(nèi)DO濃度對硝化反應(yīng)速度及硝化菌的生長速度均有極大的影響。硝化反應(yīng)必須在好氧條件下進(jìn)行，但普遍認(rèn)為DO＞2.0 mg/L時(shí)其對硝化作用的影響可以不予考慮。在低泥齡的活性污泥系統(tǒng)中，由于含碳有機(jī)物氧化速率的增加使耗氧速率也增加，因而減少了DO對生物絮體的穿透力，使硝化速率減小。試驗(yàn)中原水的有機(jī)底物濃度很低，其氧化消耗的DO很少，大部分DO用于供給硝化，且氨氮的濃度不是很高，所以氣水比控制在2.5～3.0即可。
③ pH值
pH值的大小直接影響硝化菌的生理?xiàng)l件，隨硝化的進(jìn)行pH值急劇下降，而硝化菌對pH值十分敏感，亞硝酸菌和硝酸菌分別在pH值為7.0～7.8和7.7～8.5時(shí)活性最強(qiáng)，若pH值超過此范 圍則活性急劇下降，極大地降低了對有機(jī)物和氨氮的去除率。由于系統(tǒng)進(jìn)水為二級生物處理出水，受pH值波動的影響，當(dāng)pH值降到7以下時(shí)，對氨氮的去除率急劇下降，甚至為零；當(dāng)pH值再次回升到7.2以上時(shí)，對氨氮的去除則迅速改善，說明較低的pH值對硝化菌只是抑制微生物的活性而不是對微生物產(chǎn)生毒害作用。
④ 停留時(shí)間
停留時(shí)間對氨氮的去除效果有很大的影響，當(dāng)停留時(shí)間從1h增加到3.5h時(shí)對氨氮的去除率也逐漸提高。
可生物降解含碳有機(jī)物與含氮物質(zhì)的比值(C/N)是影響生物硝化速度和過程的重要因素。因試驗(yàn)進(jìn)水(二級出水)中可生物降解的有機(jī)物含量很低(BOD5一般為10～20mg/L)，所以取得了較高的硝化比率，這由啟動10d后即可檢測到對氨氮的明顯去除得以證實(shí)。
5 結(jié)論
生物膜系統(tǒng)對氨氮去除效果顯著，可以在較短的停留時(shí)間內(nèi)取得較高的去除率，該系統(tǒng)具有如下特點(diǎn)：
① 掛膜時(shí)間短，硝化菌培養(yǎng)快，掛膜后很快即能檢測到對氨氮的明顯去除，表明生物膜法由于不存在泥齡控制問題，有利于硝化菌增殖。
② 系統(tǒng)容積負(fù)荷越小時(shí)對氨氮的處理效果越好，當(dāng)停留時(shí)間由1.0h增至3.0～3.5h時(shí)，對氨氮的去除率由50%提高到接近100%，因此在冬季運(yùn)行時(shí)可適當(dāng)增加停留時(shí)間以保證足夠的去除率。在常溫情況下，停留時(shí)間為2～3h時(shí)出水水質(zhì)可以滿足Ⅳ、Ⅴ類景觀水體或電廠循環(huán)冷卻補(bǔ)充水對氨氮指標(biāo)的要求。
③ 系統(tǒng)在去除氨氮的過程中，對COD也有了進(jìn)一步的去除，出水COD為20mg/L左右，也完全可以滿足Ⅳ、Ⅴ景觀水體或電廠循環(huán)冷卻補(bǔ)充水的指標(biāo)要求。
參考文獻(xiàn)：
1］王鶴立,陳雷，程麗，等.再生水回用于景觀水體的水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)探討［J］.中國給水排水,2001，17(12):31-35.
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