張偉龍

（廣州市污水治理有限責(zé)任公司龍歸分公司，廣東廣州 510445）

1 概述

1.1 生物脫氮的機理和機理分析

活性污泥中有的異養(yǎng)菌，在無溶解氧的條件下，能利用硝酸鹽中的氧（結(jié)全氧）來氧化分解有機物，這種細菌從氧的利用形式分，屬于兼性厭氧菌。兼性厭氧菌利用有機物將亞硝酸鹽或硝酸鹽還原為氮氣的反應(yīng)稱為反硝化生物脫氮（簡稱脫氮），參與脫氮反應(yīng)的兼性厭氧菌稱為脫氮菌。

脫氮反應(yīng)是在無溶解氧的條件下，脫氮菌進行呼吸的反應(yīng)，其反應(yīng)式如下：

式中（H2）——氫供體。氫供體由污水中的有機物、投加甲醇等有機物或細菌內(nèi)貯存物質(zhì)分解產(chǎn)物來提供。為使脫氮反應(yīng)能順利進行，要求活性污泥混合液中不存在溶解氧，但應(yīng)有足夠的有機物。

從以上公式可知，脫氮反應(yīng)中，還原每千克硝酸鹽生成3.75 g堿度，需要2.86 g BOD（C-BOD）。

1.2 污水生物處理工藝概況

1.2.1 活性污泥工藝

活性污泥是微生物群體及它們所依附的有機物質(zhì)和無機物質(zhì)的總稱。微生物群體主要包括細菌、原生動物和藻類等。其中，細菌和原生動物是主要的二大類。活性污泥主要用來處理污廢水。是一種好氧生物處理方法?；钚晕勰嗷靖拍钍怯?912年英國人Clark and Cage發(fā)現(xiàn)對廢水進行長時間曝氣會產(chǎn)生污泥并使水質(zhì)明顯改善，其后Arden and Lackett進一步研究，發(fā)現(xiàn)由于試驗容器洗不干凈，瓶壁留下殘渣反而使處理效果提高，從而發(fā)現(xiàn)活性微生物菌膠團，定名為活性污泥而來。

1.2.2 活性污泥與生物膜結(jié)合工藝

生物膜-活性污泥（A/O）復(fù)合工藝綜合了活性污泥法和生物膜法兩者的優(yōu)點,特別適合于脫氮。長泥齡的生物膜為生長緩慢的硝化菌提供了非常有利的生存環(huán)境,達到有效的硝化效果;而對于泥齡相對較短的活性污泥,主要起去除有機物的作用。這樣就避免了普通活性污泥工藝中為了達到硝化目的不得不延長泥齡而極可能導(dǎo)致污泥膨脹的困境[1-2]。聯(lián)合工藝主要有兩類，其一是生物膜與活性污泥同時在同一構(gòu)筑物內(nèi)共同生長，可稱之為復(fù)合方式聯(lián)合工藝；該方式的主要特征是投加載體要滿足懸浮要求，即投加的載體附滿生物膜后的比重接近1，目前通常采用的載體有粉末活性炭、無煙煤和球形塑料等，系統(tǒng)中廢水與生物相處于完全混合狀態(tài)。串聯(lián)方式聯(lián)合工藝主要是針對處理廢水的水質(zhì)特征、處理深度要求，合理地將生物膜法與活性污泥法的單元處理工藝結(jié)合起來。該方式中的每個單元都是一個獨立的處理工藝，串聯(lián)方式靈活多變。串聯(lián)級數(shù)可以是兩級，也可以是多級；串聯(lián)次序可以先生物膜法后活性污泥法，也可以是相反的。該方式的廢水流態(tài)總體上是屬于推流式，在局部單元處于完全混合。

1.3 研究意義

由于廢水中成分的復(fù)雜性，尤其是廢水中氮、磷成分的增加，研究高效穩(wěn)定的生物處理技術(shù)具有廣泛的應(yīng)用前景。復(fù)合生物膜反應(yīng)器模擬了大自然生態(tài)系統(tǒng)中水體的自凈功能。系統(tǒng)中既存在附著生長在各種物體表面的微生物又存在懸浮生長微生物，提高了微生物的種類和數(shù)量，對原有污水處理廠工藝的改進及生物處理技術(shù)的研究都有重要的指導(dǎo)意義。

在污水處理過程中，對于有機物的去除，關(guān)鍵是如何提高系統(tǒng)氮的去除率，降低出水氮的濃度[3]。傳統(tǒng)的理論認為，氨氮的去除是通過硝化和反硝化兩個相互獨立的過程實現(xiàn)的。然而，近年來國內(nèi)外有不少試驗和報道證明有同步硝化反硝化（SND）現(xiàn)象，尤其是有氧條件下的反硝化現(xiàn)象確實存在于各種不同的生物處理系統(tǒng)。從物理學(xué)角度解釋SND的微環(huán)境理論是目前已被普遍接受的觀點[4]。由于污水排放標準中規(guī)定的檢測頻率為每2 h一次、取日平均值，因此對中時速控制變量的研究更有意義[3]，為此研究只從試驗的角度來研究中時速控制變量對A/O脫氮工藝的影響并確立污水生理系統(tǒng)的實時控制對策[5-7]。

2 材料與方法

2.1 載體

載體材料為工程塑料，一般用于飲用水處理池中的絮凝發(fā)生池，也稱為渦流發(fā)生器。載體外形為直徑30 cm的球體，載體的比表面積為210 m2/m3，密度為0.95 g/L，載體在掛膜之前靜止時浮于水面，曝氣時，依靠曝氣的攪拌和水力作用與污水混合在一起，掛膜后的載體，曝氣時稍流化于水體之中，停止曝氣后，載體沉入池底。

2.2 試驗流程與裝置

此污水處理系統(tǒng)的尺寸設(shè)計見于表1。

表1 污水處理系統(tǒng)的尺寸Tab.1 Size of Wastewater Treatment System

試驗所用反應(yīng)器由工程塑料制作反應(yīng)器運行體積為2 m3，分為完全混合的水解池和分格式的缺氧池和好氧氧化池。二沉池采用堅流式，體積為0.4 m3。試驗進水、回流污泥和硝化液回流均采用污水泵控制。

2.3 試驗用水

本次試驗所采用的試驗用水為學(xué)校宿舍區(qū)的生活雜排水和某禽畜養(yǎng)殖廠污水混合而成，其總磷、CODCr、氨氮的含量見于表2。

表2 試驗用水水質(zhì)Tab.2 Influent Water Quality

3 試驗結(jié)果與討論

3.1 載體掛膜與微生物培養(yǎng)

改良A/O法反應(yīng)器中載體生物膜的培養(yǎng)是試驗成功與否的關(guān)鍵因素之一，試驗對進行條件進行嚴格的控制，載體上的生物膜生長如表3所示。

3.2 傳統(tǒng)A/O法氨氮的去除效果分析

傳統(tǒng)A/O在好氧池中沒有添加填料，控制養(yǎng)殖場廢水流量基本恒定，其氨氮的去除率見表4。

表4 氨氮的去除結(jié)果Tab.4 Degradation Results of Ammonia

測定氨氮的去除率基本維持在55%～61%，結(jié)果顯示系統(tǒng)基本穩(wěn)定。

3.3 改良A/O法氨氮的去除效果分析

改良A/O法在好氧池中添加填料，當填料上面的生物膜成熟后，再不斷地增加養(yǎng)殖廢水的流量，測定進出水中氨氮的含量，其去除率結(jié)果見表5所示。

表5 氨氮的去除結(jié)果Tab.5 Degradation Results of Ammonia

當養(yǎng)殖場廢水排量在50 mL/min至92 mL/min時，氨氮的去除率在80%～85%，處理效果比較理想。但在養(yǎng)殖廢水的排量在110 mL/min時，氨氮的去除率明顯降低，表明廢水的處理量已經(jīng)超過系統(tǒng)的負荷，從而影響了處理的效果。該試驗表明生物膜對處理廢水的氨氮具有良好的去除作用。

4 結(jié)論

（1）采用新型的懸浮載體生物強化A/O工藝對氨氮降解進行了研究。試驗結(jié)果表明該系統(tǒng)不僅能有效地去除CODCr，而且更具有較強的硝化功能。該試驗與傳統(tǒng)的A/O活性污泥法相比，縮短了氨氮的降解時間，提高了氨氮的降解速率。

（2）懸浮載體生物膜的培養(yǎng)優(yōu)化了生物膜上的微生物種群和生物膜結(jié)構(gòu)，球形蜂窩狀結(jié)構(gòu)也改善了附著生長的生物膜內(nèi)部傳質(zhì)困難和供氧不足的問題，增加了生物膜內(nèi)活性硝化菌的數(shù)量，從而提高了硝化速率。

（3）改良A/O生物膜載體運行方式相對于傳統(tǒng)A/O脫氮運行方式相比，對進水的CODCr和氨氮有較好的去除效果。在一定的運行方式下，氨氮的去除率從55%～61%提高到80%～85%。

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