硝化-反硝化生物濾池在污水處理中的應(yīng)用

硝化-反硝化生物濾池是將傳統(tǒng)的A/O工藝與曝氣生物濾池工藝相結(jié)合，在有效降解污水中有機(jī)污染物的同時(shí)，也能夠滿足對污水生物脫氮的要求，具有負(fù)荷高，出水水質(zhì)好，占地省等優(yōu)點(diǎn)，可用于生活污水生態(tài)處理的預(yù)處理環(huán)節(jié)。

一、硝化-反硝化生物濾池原理

1.裝置

采用硝化-反硝化生物濾池工藝預(yù)處理生活污水。試驗(yàn)采用一根高1.8 m直徑90mm的有機(jī)玻璃柱，內(nèi)置1***mm高輕質(zhì)多孔陶粒填料，承托層以上每隔250mm設(shè)一個(gè)取樣口，共設(shè)4個(gè)，設(shè)定的缺氧與好氧區(qū)（A/O）的體積比為1：3，曝氣頭位于承托層以上250mm處。

2.材料

用水為由葡萄糖、CH3COONa、（NH4）2SO4、KH2PO4及微量元素配制的模擬生活污水，各項(xiàng)水質(zhì)指標(biāo)CODcr為181.4~256.3mg·L-1，NH4+-N質(zhì)量濃度為28.78~37.60 mg·L-1，TN質(zhì)量濃度35.42~42.36 mg·L-1。

陶粒填料性質(zhì)參數(shù)：粒徑為3~5mm，密度1.4~1.6 g/cm3，堆積密度為0.84~0.95g/cm3，比表面積為3.0~4.0㎡/g，孔隙率為20~30%。

3.測試指標(biāo)和分析方法

主要測試指標(biāo)有CODcr、NH4+-N和TN，分析方法按照《水和廢水水質(zhì)監(jiān)測方法》進(jìn)行。

二、生物濾池預(yù)處理生活污水效果及影響因素

生物濾池反應(yīng)器啟動采用投加活性污泥悶曝，連續(xù)流培養(yǎng)的模式進(jìn)行，即在反應(yīng)器啟動時(shí)投加一定量的活性污泥作為種泥，先悶曝培養(yǎng)3d，然后連續(xù)進(jìn)水運(yùn)行30 d后，測柱內(nèi)CODcr、氨氮的去除率均都達(dá)到70%以上就標(biāo)志著掛膜成功[7]，啟動完成。

1.水力負(fù)荷對BAF處理效果的影響

水力負(fù)荷的變化影響著CODCr、氨氮、總氮的去除率，在進(jìn)水CODCr為192.8～258.2 mg·L-1，氨氮、總氮質(zhì)量濃度分別為 28.2～36.4、35.2～43.7mg·L-1時(shí)，其對應(yīng)的CODCr平均去除率為79.25 %、78.27%、75.66%，氨氮平均去除率為77.54%、77.84%、73.43%，總氮平均去除率為61.18%、58.10%、54.63%?？梢姡€(wěn)定運(yùn)行期間，CODcr的去除效果隨著水力負(fù)荷的增加，系統(tǒng)對CODcr的平均去除率呈現(xiàn)微弱下降的趨勢。分析認(rèn)為，隨水力負(fù)荷不斷增加，污水在濾池中的水力停留時(shí)間縮短，有機(jī)負(fù)荷也相應(yīng)增加，部分有機(jī)物來不及降解，同時(shí)增加了濾層間的過濾速度和水力剪切力，很容易使生物膜被沖脫，影響處理效果[9]?？傮w來說，水力負(fù)荷對CODcr的去除效果影響不大，適當(dāng)提高水力負(fù)荷仍舊可取得較佳的去除效果。

2.氣水比對BAF處理效果的影響

氣水比的變化影響著 CODCr、氨氮、TN的去除率，在CODcr進(jìn)水濃度為188.8～238.6mg·L-1，氨氮、TN的質(zhì)量濃度分別為29.62～35.6 、36.62～44.6 mg·L-1時(shí)，其對應(yīng)的CODcr平均去除率為75.66 %、81.32%、80.36%，氨氮平均去除率為71.60%、74.24%、82.16%，總氮平均去除率為54.63%、59.98%、47.33%。可見，隨著氣水比的增加，系統(tǒng)對CODcr的平均去除率呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢。分析認(rèn)為，當(dāng)氣水比由1：1升高到3：1時(shí)，水中溶解氧量也隨之增加，促進(jìn)了好氧微生物的生長，使反應(yīng)器對CODcr去除能力提高。當(dāng)氣水比由3：1升高到5：1時(shí)，由于水中溶解氧量達(dá)到平衡，再加大曝氣不僅不會增加溶解氧量，反而增強(qiáng)了水體的湍流，造成水中溶解氧的解析及填料上生物膜的脫落，降低了固定化微生物的濃度，導(dǎo)致反應(yīng)器去除污染物的能力下降。

3.回流比對BAF處理效果的影響

在不同回流比條件下，BAF工藝對CODcr的平均去除率呈現(xiàn)先增加再減小的趨勢。當(dāng)回流比從50%提高至1**%時(shí)，系統(tǒng)對CODcr的平均去除率由78.70 %升高到81.32%，這表明適當(dāng)增加回流比對CODcr的去除是有利的，這是因?yàn)榛亓鞅鹊脑黾?，系統(tǒng)的水力負(fù)荷增加，水力剪切力也隨之增加，可以促進(jìn)生物膜的更新作用，同時(shí)避免懸浮顆粒包裹于生物膜表面，保證了傳質(zhì)效果，從而保持微生物在系統(tǒng)中有較高的活性。此外，硝化-反硝化生物濾池主要用于脫氮，當(dāng)回流比增加，回流到硝化-反硝化生物濾池中的NO2--N、NO3--N的量相應(yīng)增加，此時(shí)更多的有機(jī)物被反硝化細(xì)菌作為碳源進(jìn)行反硝化去除。當(dāng)回流比提高至150%時(shí)，系統(tǒng)對CODcr的平均去除率下降到78.87%，這是因?yàn)樘岣呋亓鞅葘?dǎo)致系統(tǒng)水力停留時(shí)間縮短，削弱了異養(yǎng)菌生物降解的作用，部分有機(jī)物來不及被微生物分解利用便隨水流排出，使CODcr的去除率有所下降。總體來說，提高回流比對有機(jī)物的去除影響不大，在不同回流比條件下，有機(jī)物的去除率都大于75%以上。

三、硝化-反硝化生物濾池在污水處理中的應(yīng)用分析

污水經(jīng)過缺氧區(qū)后，其氨氮的平均去除率為49.56%。分析氨氮在缺氧區(qū)達(dá)到較高的去除效率主要原因可知：一是回流水的稀釋作用；二是生物吸附和濾料截留作用；三是回流混合液中的溶解氧使進(jìn)水中的氨氮發(fā)生了好氧硝化；四是發(fā)生氨氧化作用。當(dāng)濾層高度500mm時(shí)氨氮的平均去除率提高了26.69%，這是因?yàn)橄趸^程對溶解氧的需求較高，只有當(dāng)溶解氧濃度較高時(shí)硝化菌才會保持較高的活性，在該段區(qū)域內(nèi)，水中的溶解氧比較高，有機(jī)物經(jīng)缺氧段作為碳源消耗利用后濃度降低，有利于硝化菌的生長，硝化菌成為優(yōu)勢菌種，表現(xiàn)為濾層對氨氮具有很高的去除率。因此，本工藝對于氨氮的去除，從根本上取決于好氧區(qū)的硝化作用，同時(shí)好氧區(qū)的硝化是前置反硝化的前提，硝化作用的好壞決定著本工藝反硝化性能的優(yōu)劣。在濾層500~ 1***mm內(nèi)，氨氮去除率僅增長了4.1%，這是因?yàn)樵跒V層250~500mm內(nèi)己形成穩(wěn)定的硝化狀態(tài)，所以在后500mm段，氨氮去除率增加有限。

在缺氧區(qū)（0~250mm）總氮的平均去除率為 57.99%，占總?cè)コ实?6.78%。在缺氧區(qū)內(nèi)總氮濃度急劇下降主要有三個(gè)方面原因：一是缺氧區(qū)內(nèi)硝態(tài)氮利用污水中的可生物降解有機(jī)物進(jìn)行反硝化反應(yīng)，實(shí)現(xiàn)脫氮；二是原污水對回流液中的硝態(tài)氮稀釋作用使得總氮濃度急劇下降；三是由于氨氧化作用。在好氧區(qū)（500~1***mm）內(nèi)，總氮仍有8.84%的去除率，說明在好氧區(qū)發(fā)生了同步硝化反硝化現(xiàn)象，分析可能的原因：在運(yùn)行過程中由于曝氣不均勻，氣泡沿器壁上升，使濾料層出現(xiàn)局部變黑的情況，在濾料顆粒間的孔隙中形成適合反硝化的缺氧或厭氧環(huán)境。根據(jù)好氧生物膜的構(gòu)造可知，在生物膜內(nèi)產(chǎn)生了溶解氧梯度，生物膜表面的溶解氧較高，以好氧的硝化菌為主，而生物膜內(nèi)部則存在缺氧區(qū)，反硝化菌占優(yōu)勢。