悬浮填料床同步硝化反硝化脱氮试验研究

2013-08-14莫文婷丁翔宇

化学与生物工程 2013年12期

关键词：硝酸盐生物膜硝化

莫文婷，丁翔宇

（1．华中科技大学武昌分校城市建设学院，湖北武汉430064；2．中建三局第二建设工程有限责任公司，湖北武汉430000）

生物膜法是一种广泛应用于污水处理中的高效脱氮除磷工艺。作者在此向A2／O好氧段装填悬浮填料进行脱氮试验，以研究生物膜的脱氮效果并探讨生物膜法脱氮的机理与影响脱氮的制约因素。

1 试验

1．1 材料、装置与流程

种污泥取自武汉市龙王嘴污水处理厂二沉池沉淀污泥。

试验主反应器由聚甲基丙烯酸甲酯制成，其内径为250mm，总有效容积为15L，其余设备包括鼓风机2台（一备一用）、蠕动泵1台、转子气体流量计1个。悬浮填料选用青岛Kaldnes填料，其外部呈棘轮状，内壁由十字筋连接。

试验流程如图1所示。

图1 工艺流程图Fig．1 The process flow diagram

1．2 试验水质

试验进水采用人工合成原水，以葡萄糖作为外加碳源，其组分及相应浓度如表1所示。

表1 试验废水水质Tab．1 The quality of the wastewater

1．3 试验方法

试验采用快速排泥挂膜法［1］，在20～30℃下进行。采用蠕动泵连续进水，水力停留时间（HRT）为6h（硝化菌的生长周期）［2］，填料填充率为30%（根据厂家提供的填料特性），DO维持在3．0mg·L－1左右。

2 结果与讨论

2．1 试验过程

试验发现，挂膜7d后，肉眼可见填料上有黄色斑点状微生物附着；15d后填料上附着微生物明显增多；挂膜第30d，系统对COD的去除率达到90%以上，氨氮去除率达到85%以上。对填料上微生物进行镜检，观察到填料上有草履虫和变形虫出现（如图2所示）。表明系统挂膜稳定。

2．2 系统对氨氮、总氮的去除效果（图3）

由图3a可知，在 HRT为6h、填料填充率为30%、DO为3．0mg·L－1时，系统对氨氮的去除效果较好。在维持进水氨氮平均浓度为14．33mg·L－1时，系统对氨氮的平均去除率达到89．52%、出水氨氮平均浓度保持在1．47mg·L－1。由图3a还可知，系统对氨氮的去除保持较高的稳定性。分析原因，可能是由于生物膜上的硝化菌世代周期较长［2］，附着在悬浮填料载体上，不易流失，使硝化细菌保持了较高的生物活性，在系统中处于较好的生长态势，有利于系统中硝化反应的进行，硝化反应较为彻底。

图2 生物膜微生物观察图Fig．2 The observation of microorganisms on the biofilm

图3 系统对氨氮（a），总氮（b）的去除效果Fig．3 The removal efficiency of ammonia nitrogen（a），total nitrogen（b）of the system

由图3b可知，在好氧条件下，在进水总氮平均浓度为24．74mg·L－1时，系统对总氮的去除率最高达到35．07%，对总氮的平均去除率达到29．46%，出水总氮平均浓度为17．44mg·L－1，总氮去除量达到了7．30mg·L－1。表明反应器在好氧条件下，具有明显的脱氮效果。分析原因，其一可能是由于反应器中曝气不均匀，造成系统中存在缺氧环境，使得系统中悬浮的异氧菌在缺氧条件下进行反硝化脱氮。然而检测发现，反应器水中悬浮的SS始终保持在200～300mg·L－1，其对总氮的去除几乎可以忽略不计。因此判断系统对总氮的去除主要是由于悬浮填料上生物膜的作用，硝化菌附着在悬浮填料的表面，硝化反应在生物膜表面发生，同时在生物膜反应器内由于氧扩散的限制而存在缺氧区、好氧区［3］，异氧菌得以生长，反硝化反应在生物膜内部发生。使得同步硝化反硝化在生物膜上能够顺利进行。

2．3 反应器脱氮制约因素分析

对反应器出水总氮、硝酸盐氮、亚硝酸盐氮、氨氮进行检测，结果如表2所示。

表2 氮素转化分析Tab．2 The analysis of transformation of nitrogen

由表2可知，在出水总氮中，氨氮占10．01%、硝酸盐氮占73．58%、亚硝酸盐氮占3．01%，其中硝酸盐氮所占比例较大。这是因为，在好氧条件下，反硝化效果较差，造成硝酸盐氮的积累从而制约了整个脱氮过程。表明，在好氧反应器中，反硝化过程是脱氮的制约因素之一。因此，在好氧池中有效地加强反硝化的效果，能够大大提高系统的脱氮能力。