提高接触氧化法硝化反硝化效果的思路

宋慧(深圳深态环境科技有限公司， 广东 深圳 518000)

生物膜法和活性污泥法一样，同属好气生物处理方法。但活性污泥法是依靠曝气池中悬浮流动着的活性污泥来分解有机物，而生物膜法则是依靠固着于载体表面的微生物膜来净化有机物。

1 生物膜法的优点

与活性污泥法相比，生物膜法具有以下优点：

①固着于固体表面上的生物膜对废水水质、水量的变化有较强的适应性，操作稳定性好。②不会发生污泥膨胀，运转管理较方便。③高营养级的微生物存在，剩余污泥量较少。

2 生物膜法的缺点

目前国内生物膜法的典型工艺为接触氧化工艺，接触氧化工艺又称为淹没式生物滤池，其特征是在池内填充惰性填料，污水中的有机物与填料上的生物膜广泛接触，在微生物的新陈代谢作用下污染物得到去除。此技术相当于在活性污泥法曝气池内提供微生物附着、栖息的填料。

接触氧化工艺具有投资省、运行管理简单等优点，在中小规模的生活污水处理领域和有机废水处理领域得到广泛应用，但由于设计和技术上的一些原因，上述生物膜法的优点没有得到充分发挥，主要是硝化能力和反硝化能力不强，氨氮、总氮去除率不高，运行费用高等缺点，限制了其进一步的应用。

3 硝化能力和反硝化效果不好的原因分析

(1)工艺流程 采用接触氧化工艺的具有氨氮和总氮去除能力的典型污水处理工艺流程(A/O工艺)如下图1：

图1 A/O处理工艺流程图

在上述工艺中，废水在接触氧化池(好氧池)中完成硝化，将污水中的有机氮氧化成氨氮，并进一步氧化成硝酸氮，然后接触氧化出水回流到缺氧池，脱氮菌在缺氧的情况下进行反硝化，利用废水中的有机物作为碳源，将硝酸盐NO3-中的氮还原成氮气N2溢出，从而完成污水的脱氮过程。

(2)原因分析 ①硝化能力不强的原因。不同于活性污泥法中悬浮的活性污泥，接触氧化池中填料上的固定的生物膜的厚度容易过大，导致生物膜内部供氧不足，膜活性下降，或者填料上出现积泥，传质效果下降，这些都会影响生物膜的去除效率，影响到生物池的出水水质。而起硝化作用生长率较低的硝化细菌处于生物膜的内部(如下图2)，传质效果下降所受影响最大，因此会导致硝化效果的下降。

图2 异养菌及硝化菌在生物膜中的分布示意图(Tijhus et al.,1994)

②反硝化能力不强的原因。①接触氧化工艺的缺氧池内安装有填料，对混合搅拌机的水力阻力很大，回流的硝化液在缺氧池内不能均匀地与微生物混合，会出现水流短路的情况。②接触氧化池出水回流比不合理，无法达到最佳的反硝化效果。

4 解决上述问题的思路

(1)采用大气泡冲刷系统对好氧池和缺氧池的生物膜进行冲刷，控制生物膜的厚度

《生物接触氧化法污水处理工程技术规范(HJ 2009-2011)》中规定曝气设备宜采用穿孔曝气管，这种方式虽然有利于对生物膜的冲刷，但氧利用率高，能耗也高，而且微生物生化需要的气量的冲刷效果也达不到生物膜的冲刷要求。比较好的方式是曝气供氧设备采用氧利用率高的微孔曝气系统，在微孔曝气系统之外另行设置大气泡气冲刷系统对好氧池和缺氧池的生物膜进行冲刷。

冲刷系统的管路采用环状穿孔管鼓气系统，孔径一般为5mm，孔中心距为10cm。要达到的冲刷强度一般至少为10m3/m2·h，冲洗的空气速度梯度G值应达到500s-1。冲刷频率一般为1次/3天，每次持续时间1～3分钟。

冲刷可利用曝气鼓风机作为气源，但由于冲刷需要的空气量大于正常生化曝气所需要的空气量，冲洗管路需要分段建设，分段鼓气。

(2)采用低氧大气泡空气搅拌的方式对缺氧池进行搅拌 ①《生物接触氧化法污水处理工程技术规范(HJ 2009-2011)》中对混合搅拌设备的规定是“宜采用水力搅拌、低氧空气搅拌等方式”。在实际工程实践中发现填料的阻力很大，采用水力搅拌很难达到需要的效果，应采用大气泡低氧空气搅拌的方式。②生物膜中自养菌和异养菌分布是不均匀的，生物膜外表面虽然由于鼓气而成为好氧环境，但由于是搅拌采用的是微鼓气的方式，氧气的浓度有限，不至于进入生物膜内部，故生物膜内部为厌氧环境，较高浓度梯度的NO3--N离子仍可进入生物膜内部进行异养菌厌氧反硝化。③缺氧池的搅拌系统可与冲刷系统共用一套管路系统，但其强度要低很多，一般控制在1m3/m2·h左右，既可保证搅拌效果，又不至于破坏缺氧的环境。

(3)缺氧池设置布水系统。缺氧池应采用上流式的方式，进水装置位于底部，布水系统宜采用穿孔管进水，孔眼直径为5mm，间距为20cm左右，孔口水流速度一般为2m/s左右。

(4)设置合适的回流比。在设计运行良好的情况下，回流到缺氧池的硝酸盐可认为100%被反硝化，则出水硝酸盐氮的去除率与回流量的关系为：

式中： 为硝酸盐氮的去除率，R为回流比。

假定污水中的凯氏氮全部转化为硝酸氮，则出水硝酸氮的浓度与回流比的关系为：

式中： 为出水硝酸盐氮， 为进水总氮。

根据上式，通过测出的进水总氮的浓度和要求的排放标准即可算出需要的回流量R。通过所需的回流量即可选择合适的回流泵，并应通过变频器对回流泵的流量进行调节。

5 生物接触氧化工艺填料的选择

生物接触氧化工艺核心的设备是生物填料，而悬挂式填料是工程中最常用的填料，《生物接触氧化法设计规程(CECS 128：2001)》中阐述的悬挂式填料主要分为软性、半软性、弹性及组合填料。其中，目前国内应用较广泛的是弹性及组合填料。组合填料的优点是比表面积大(可达2200m2/m3以上)，挂膜容易，但因此也容易结团；弹性填料具有更大的孔隙率，更好的切割能力，因此生物膜的活性更好。

厌氧池内的微生物生长缓慢，活性差，因此应选用更容易挂膜的组合填料，而好氧池内的微生物活性大，生长迅速，应选用具备更好的切割能力弹性填料。

根据相关规范，生物接触氧化的容积负荷的取值范围为0.4～2.0kgBOD5/m3填料·d；如果取值靠近下限，则生物接触氧化工艺负荷高，体积小的优点就体现不出来，若容积负荷取值较高，则单位填料上的生物量高，生物膜的厚度大，根据前面章节的描述，会影响到生物池的出水水质。虽然可以通过增加冲刷频率来控制生物膜的厚度，但会导致操作变得繁琐，运行不便，而且频繁的冲洗对生物膜的生长也不利。可见接触氧化法发展的重点是需进一步开发性能更优良的生物填料，其在高负荷下仍能具有良好的传质性能。

[1]中国工程建设标准化协会.生物接触氧化法设计规程(CECS 128：2001)[M].北京：[出版者不详]，2001.

[2]环境保护部.生物接触氧化法污水处理工程技术规范(HJ 2009-2011)[M]. 北京：中国环境科学出版社，2011.

[3]中国市政工程东北设计研究院.给水排水设计手册(第二版 第03册 城市给水)[M]. 北京：中国建筑工业出版社，2000.

[4]刘雨，赵庆良，郑兴灿.生物膜法污水处理技术[M].北京：中国建筑工业出版社，2000.

[5]王俊,吴浩汀，程寒飞.曝气生物滤池污水处理新技术及工程实例[M].北京：化学工业出版社，2002.