生物转盘处理低C/N城镇污水的脱氮工艺研究

傅木星

（杭州迪利生态循环经济工程有限公司，杭州 310000）

随着我国人口的不断增加和城市化进程的迅速加快，用水需求激增，城镇污水排放量逐年增加。我国城镇污水有机物含量不高且有逐渐降低的趋势，氨氮浓度却越来越高，污水的碳氮比（C/N）持续降低，加大了污水处理难度。对于低C/N 的城镇污水，传统的污水脱氮工艺不能达到预期的处理效果，要加大曝气量，补充大量有机碳源，以提高处理效率。曝气量的增大和有机碳源的大量使用使污水处理成本急剧增加。因此，降低曝气量和有机碳源使用量具有重要的意义。

生物转盘技术是一种在生物滤池基础上发展起来的生物膜法污水处理技术，于20世纪70年代被引入我国。微生物附着在生物转盘的盘片上形成生物膜，通过生物转盘的转动，生物膜可以交替地与污水和空气接触，获得适当的溶解氧（DO），从而降低系统的能耗。盘片的生物膜具有一定厚度，DO 难以深入进行反硝化等反应，有利于脱氮的进行。生物转盘不需要曝气，能耗低，抗冲击能力强，可以很好地运用到城镇污水的处理中。李莎等利用聚乙烯制作生物转盘盘片处理市政污水，化学需氧量（COD）的去除率超过90%，总氮（TN）的去除率可达87%。孙怀谷等将生物转盘作为核心工艺处理城镇污水，出水可达《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB 18918—2002）的一级A 标准。目前，用于生物转盘脱氮处理研究的城镇污水C/N 大都大于3，而低C/N 城镇污水脱氮研究鲜见报道。笔者以C/N 低于3 的城镇污水为研究对象，以生物转盘作为主要反应器，研究不同转盘转速对工艺脱氮性能的影响，以期引导人们利用生物转盘处理低C/N 城镇污水。

1 材料和方法

1.1 试验装置及流程

生物转盘由水槽和水槽盖组成，水槽材质为防腐碳钢，有效容积约为5 m。反应器内装有2 组转盘，每组转盘含有5 个盘片，盘片直径为2 m，为复合镂空丝板结构。减速机功率为1.5 kW，通过转轴带动盘片转动，盘片的转速介于0 ～25 r/min，可调节。试验流程如图1 所示。

图1 试验流程

1.2 试验用水

试验用水取自温岭市某污水处理厂，该厂的进水主要是生活污水，没有工业污水掺入，C/N 保持在1.2 ～2.5，具体水质如表1 所示。主要监测指标有COD、氨氮（NH-N）、TN 和C/N。

表1 试验用水水质

1.3 试验方法

试验接种污泥为杭州某垃圾填埋场污水处理站污泥，在试验的过程中，反应器内污泥浓度保持在3 500 mg/L。系统采用连续进水的方式启动，进水量为0.2 m/h，转盘转速为4 r/min。根据出水水质，适当调整进水流量和转盘转速。启动成功后，在连续稳定运行条件下，研究转盘转速对污水处理过程中脱氮效果的影响，寻求生物转盘脱氮的最佳转速。

1.4 分析项目和方法

NH-N 采用《水质 氨氮的测定 纳氏试剂分光光度法》（HJ 535—2009）测定；TN 采用《水质 总氮的测定 碱性过硫酸钾消解紫外分光光度法》（HJ 636—2012）测定；DO 浓度采用便携式溶氧仪测定；COD 采用COD 快速测定仪测定。

2 结果与讨论

2.1 转盘启动

生物转盘启动阶段，进水COD、NH-N 和TN平均浓度分别为132 mg/L、34.99 mg/L 和50.72 mg/L。启动初期，出水水质较差，这与盘片上未附着稳定生物膜，微生物数量较少且活性较差有关。随着启动的进行，出水水质逐渐改善，在第40 天时，出水的COD 去除率达82.03%，NH-N 和TN 去除率分别为88.42%和64.72%。观察生物转盘盘片，发现其表面形成一层构造均匀、厚度约2 mm 的生物膜，生物转盘启动成功。

2.2 转盘转速对NH4+-N 去除的影响

生物转盘进水速度控制在0.5 m/h，通过无级变速器调节生物转盘转速，每个转速运行达到稳定状态后继续运行7 d，考察转速对NH-N 去除的影响。NH-N 去除率随转盘转速的变化情况如图2 所示。由图2 可以看出，随着转盘转速从低到高变化，NH-N 去除率先增加，后趋于稳定，再下降。当转盘转速不大于2 r/min 时，生物转盘内DO 浓度很低，不足0.1 mg/L，硝化菌没有足够的O作为电子受体，从而使NH-N 的氧化受阻，出水的NH-N浓度较高，去除率不足42%。随着转盘转速的提高，水力搅拌作用逐渐增强，强化了污水的混合和传质，生物转盘内DO 浓度逐渐升高，有利于NH-N发生硝化反应。当转盘转速为4 r/min 时，生物转盘内DO 浓度约为0.4 mg/L，出水NH-N 浓度为2.74 mg/L，去除率达到90.63%。随着转盘转速的进一步增大，生物转盘内DO 浓度还可以进一步升高，但是此时DO 已经不再是硝化反应的限制性因素，NH-N 去除率没有大幅度的提升。当转盘转速大于8 r/min 时，水利剪切作用增强到一定程度，致使盘片上生物膜过早脱落，生物量减少导致NH-N 去除率下降。

图2 转盘转速对NH4+-N 去除的影响

2.3 转盘转速对TN 去除的影响

TN 去除率随转盘转速的变化情况如图3 所示。由图3 可以看出，随着转盘转速的提高，TN 去除率也先升高后降低。当转盘转速较低时，生物转盘内DO浓度很低，NH-N 硝化反应受阻，后续的反硝化和厌氧氨氧化等因缺少电子受体而无法顺利进行，从而导致出水TN 浓度高，去除率低。当转盘转速为4 r/min 时，出水TN 浓度为9.96 mg/L，去除率最高为81.22%。这与生物转盘内的DO 浓度密切相关。当转盘转速为4 r/min 时，生物转盘内DO 浓度约为0.4 mg/L，在这样的微氧环境下，NH-N 能在氨氧化菌的作用下氧化生成亚硝态氮，为后续的反硝化和厌氧氨氧化提供底物，使得脱氮反应顺利进行，从而获得较高的TN 去除率。当转盘转速大于6 r/min 时，随着转盘转速的进一步提高，DO 浓度继续增高，生物转盘上，生物膜表面氧的穿透能力逐渐增强，使生物膜内部的缺氧环境逐渐减少，不利于反硝化和厌氧氨氧化反应进行，导致TN去除率降低。转速大于8 r/min 后，由于水力剪切作用，生物膜过早脱落，TN 去除效率进一步降低。

图3 转盘转速对TN 去除的影响

3 结论

进水量为0.2 m/h，转盘转速为4 r/min 时，生物转盘可以在40 d 内完成启动，启动结束后，COD 去除率达82.03%，NH-N 和TN 去除率分别为88.42%和64.72%。随着转盘转速从低到高变化，NH-N 去除率先增加，后趋于稳定，再下降，当转盘转速为4 ～8 r/min 时，NH-N 去除率维持在90%以上，此后继续增加转盘转速，NH-N 去除率出现降低。随着转盘转速从低到高变化，TN 去除率先增加，后下降，当转盘转速为4 r/min 时，出水TN 浓度为9.96 mg/L，去除率最高为81.22%。