孫 明， 紀(jì)鑫奇

(沈陽(yáng)建筑大學(xué)市政與環(huán)境工程學(xué)院，遼寧沈陽(yáng)110168)

生物濾池的低溫強(qiáng)化恢復(fù)

孫 明， 紀(jì)鑫奇

(沈陽(yáng)建筑大學(xué)市政與環(huán)境工程學(xué)院，遼寧沈陽(yáng)110168)

為解決厭氧/缺氧生物濾池在低溫條件下(6～10 ℃)的強(qiáng)化恢復(fù)問(wèn)題，分別采用生物強(qiáng)化恢復(fù)及自然恢復(fù)的方法進(jìn)行對(duì)比。結(jié)果表明，在采用生物強(qiáng)化恢復(fù)的反應(yīng)器中，NH3-N去除率由19.87%提高至62.86%，TN去除率由20%提高至55%；在采用自然恢復(fù)的反應(yīng)器中，NH3-N去除率由18.32%提高至35.6%，TN去除率由17%提高至34%。采用生物強(qiáng)化的方式能夠解決A/O生物濾池反應(yīng)器在低溫條件下恢復(fù)較為困難的問(wèn)題。

低溫； 生物濾池； 強(qiáng)化恢復(fù)

厭氧/缺氧生物濾池開(kāi)始于20世紀(jì)60年代。1967年，Young和McCarty等系統(tǒng)研究了厭氧生物濾池的性能，并通過(guò)使用上流式厭氧生物濾池，提高了濾池的抗負(fù)荷能力[1]。好氧的現(xiàn)代曝氣生物濾池(Biological Aerated Filter)是在生物接觸氧化工藝的基礎(chǔ)上引入飲用水處理的一種好氧廢水處理工藝[2]，由于其良好的性能，應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)大。至20世紀(jì)90年代末，曝氣生物濾池的研究己經(jīng)非常廣泛和系統(tǒng)化。例如，運(yùn)用自動(dòng)控制和在線監(jiān)測(cè)，研究混凝劑的投加對(duì)處理效果的影響，實(shí)現(xiàn)優(yōu)化運(yùn)行，節(jié)省運(yùn)行費(fèi)用；研究濾池的水力學(xué)特性，對(duì)工程規(guī)模的流態(tài)模擬試驗(yàn)[3]；模擬濾池水頭損失的變化，研究水力對(duì)生物膜的生長(zhǎng)狀況的影響[4]等。目前世界上已有數(shù)千座大大小小的污水處理廠采用了這種技術(shù)[5]。缺氧-好氧生物濾池是將傳統(tǒng)的A/O工藝與生物濾池相結(jié)合，在基于A/O脫氮工藝的基礎(chǔ)上，同時(shí)具備現(xiàn)代生物濾池的特點(diǎn)。

低溫是影響微生物新陳代謝的重要限制因子之一，可使微生物內(nèi)部構(gòu)造發(fā)生極大改變，從而干擾微生物的正常生長(zhǎng)代謝[6]。生物法脫氮一般由硝化和反硝化過(guò)程實(shí)現(xiàn)，而硝化效果取決于硝化菌的活性。有研究認(rèn)為，硝化細(xì)菌的最適生長(zhǎng)溫度為25～30 ℃，且對(duì)溫度變化非常敏感[7]。污水生物處理過(guò)程中，溫度處于15 ℃時(shí)硝化菌的活性急劇下降，當(dāng)溫度降至10 ℃以下時(shí)硝化菌呈休眠狀態(tài)，低于4 ℃時(shí)大部分硝化菌喪失新陳代謝能力，導(dǎo)致低溫污水深度處理難以達(dá)標(biāo)。

筆者采用A/O生物濾池工藝，進(jìn)行低溫條件反應(yīng)器強(qiáng)化啟動(dòng)試驗(yàn)研究；探索該反應(yīng)器中NH3-N和TN的降解效率，以期指導(dǎo)和調(diào)整A/O生物濾池工藝的運(yùn)行，從而確保A/O生物濾池工藝在低溫環(huán)境下取得較好的處理效果。

1 試驗(yàn)材料與方法

1.1 試驗(yàn)裝置

采用 A/O 生物濾池工藝研究低溫強(qiáng)化恢復(fù)問(wèn)題，試驗(yàn)裝置如圖 1 所示。污水首先經(jīng)高位水箱，與好氧反應(yīng)器的回流液混合，流入缺氧反應(yīng)器(A 段濾柱)。在缺氧反應(yīng)器中，與濾料充分接觸以后，再流入好氧反應(yīng)器(O 段濾柱)。

圖1 A/O生物濾池裝置Fig.1 A/O biological filter device

1.2 接種污泥

反應(yīng)器以城市污水處理廠二沉池回流污泥作為接種污泥，污泥MLSS為3 300 mg/L。

1.3 試驗(yàn)原水

試驗(yàn)原水取自城市污水處理廠，COD為500 mg/L，Cl-為20 000 mg/L左右，NH3-N、TN均為50 mg/L。

1.4 檢測(cè)方法

TN：堿性過(guò)硫酸鉀消解紫外光光度法；NH3-N：納氏試劑分光光度法；溫度：溫度計(jì)；MLSS：濾紙重量法。

1.5 試驗(yàn)方法

采用兩套相同的反應(yīng)器進(jìn)行生物強(qiáng)化恢復(fù)和自然恢復(fù)的對(duì)比研究。1#反應(yīng)器進(jìn)行生物強(qiáng)化恢復(fù)法，2#反應(yīng)器采用自然恢復(fù)法。在6～10 ℃的低溫條件下，用蠕動(dòng)泵以500 mL/h的流量，每2 d向1#反應(yīng)器A段及O段各投加1 000 mLMLSS為3 300 mg/L耐鹽耐冷污泥?？刂?#、2#反應(yīng)器在相同的運(yùn)行參數(shù)下運(yùn)行：濾池流速0.3 m/h，回流比為200%，氣水比為3 ∶1。定時(shí)檢測(cè)A段及O段的進(jìn)出水NH3-N及TN。

2 結(jié)果與討論

2.1 低溫恢復(fù)期NH3-N的變化

在低溫恢復(fù)期1#反應(yīng)器內(nèi)NH3-N的變化見(jiàn)圖2。從圖2可以看出，1#反應(yīng)器在投加污泥的32 d生物強(qiáng)化恢復(fù)期內(nèi)，當(dāng)進(jìn)水NH3-N為50 mg/L左右時(shí)，隨著時(shí)間的增加，出水NH3-N從41.94 mg/L逐漸下降至19.36 mg/L。投加耐鹽耐冷污泥后，反應(yīng)器內(nèi)硝化菌數(shù)量增加，通過(guò)硝化作用以及生物吸附自身同化作用去除NH3-N，同時(shí)投加污泥也利于反應(yīng)器中菌群結(jié)構(gòu)的分布，反應(yīng)器可快速啟動(dòng)恢復(fù)并適應(yīng)低溫條件。

圖2 低溫恢復(fù)期1#反應(yīng)器NH3-N變化Fig.2 Variation curve of NH3-N in 1# reactor at low temperature in recovery phase

在低溫恢復(fù)期2#反應(yīng)器內(nèi)NH3-N的變化見(jiàn)圖3。從圖3可以看出，2#反應(yīng)器在未投加污泥的32 d自然恢復(fù)期內(nèi)，當(dāng)進(jìn)水NH3-N為50 mg/L左右時(shí)，隨著時(shí)間的延長(zhǎng)，出水NH3-N呈波動(dòng)式下降趨勢(shì)，從42.75 mg/L上升至50 mg/L左右后逐漸下降至33.36 mg/L。在第16天時(shí)出水水質(zhì)突然變差，這是由于進(jìn)水NH3-N濃度突然升高，反應(yīng)器內(nèi)硝化菌無(wú)法完全適應(yīng)水質(zhì)情況的變化，從而造成此時(shí)硝化菌對(duì)NH3-N去除效果的下降。但隨著時(shí)間的增加，2#反應(yīng)器出水NH3-N有波動(dòng)，當(dāng)恢復(fù)期為26 d時(shí)出水NH3-N最低，原因是該天進(jìn)水NH3-N較低。26 d后出水NH3-N基本穩(wěn)定。

圖3 低溫恢復(fù)期2#反應(yīng)器NH3-N變化Fig.3 Variation curve of NH3-N in 2# reactor at low temperature in recovery phase

由圖4可以看出1#、2#反應(yīng)器在整個(gè)低溫恢復(fù)期內(nèi)NH3-N去除率的變化情況。進(jìn)行生物強(qiáng)化的1#反應(yīng)器在投加污泥的32 d低溫恢復(fù)期內(nèi)，NH3-N去除率逐漸升高，由19.87%升高至62.86%。反應(yīng)器對(duì)NH3-N的去除率不是逐漸升高，而是跳躍增長(zhǎng)，這是因?yàn)橄趸蕦?duì)數(shù)生長(zhǎng)，存在適應(yīng)期、對(duì)數(shù)生長(zhǎng)期和穩(wěn)定期3個(gè)階段。進(jìn)行自然恢復(fù)的2#反應(yīng)器在32 d恢復(fù)期內(nèi)，隨著時(shí)間的增加，NH3-N去除率也呈上升趨勢(shì)，由18.32%提高到35.62%。結(jié)合圖1和圖2可知，兩組反應(yīng)器在進(jìn)水NH3-N基本相同的情況下，1#反應(yīng)器出水NH3-N較低，同時(shí)去除率較高，說(shuō)明1#反應(yīng)器具有較快的恢復(fù)性能。

圖4 低溫恢復(fù)期NH3-N去除率變化Fig.4 Variation curve of NH3-N removal rate at low temperature in recovery phase

綜上所述，在相同的低溫恢復(fù)期間，當(dāng)反應(yīng)器進(jìn)水NH3-N均為50 mg/L左右時(shí)，生物強(qiáng)化恢復(fù)反應(yīng)器出水NH3-N、NH3-N去除率增長(zhǎng)速率和最終去除率要優(yōu)于自然恢復(fù)的反應(yīng)器。說(shuō)明在低溫條件下，A/O生物濾池反應(yīng)器采用生物強(qiáng)化法去除NH3-N恢復(fù)期短，出水NH3-N濃度低，去除率較高。

2.2 低溫恢復(fù)期TN變化

在整個(gè)低溫恢復(fù)期1#反應(yīng)器內(nèi)TN的變化見(jiàn)圖5。從圖5可以看出，1#反應(yīng)器在投加污泥的32 d生物強(qiáng)化恢復(fù)期內(nèi)，當(dāng)進(jìn)水TN為50 mg/L左右時(shí)，出水TN從41.97 mg/L逐漸下降至22.70 mg/L，接近32 d時(shí)出水TN逐步趨于穩(wěn)定。這是由于反應(yīng)器中接種生物接觸氧化反應(yīng)器沉淀區(qū)的冷微生物后，促進(jìn)反應(yīng)器中逐步形成適于低溫條件下生長(zhǎng)繁殖的菌群結(jié)構(gòu)，增加了生物整體活性，提高了工藝低溫運(yùn)行的脫氮性能，有利于反應(yīng)器對(duì)TN的去除。

圖5 低溫恢復(fù)期1#反應(yīng)器TN變化Fig.5 Variation curve of TN in 1# reactor at low temperature in recovery phase

在整個(gè)低溫恢復(fù)期2#反應(yīng)器內(nèi)TN的變化情況見(jiàn)圖6。從圖6可以看出，2#反應(yīng)器在未投加污泥的32d自然恢復(fù)期內(nèi)，當(dāng)進(jìn)水TN為50 mg/L左右時(shí)，出水TN呈波動(dòng)式下降趨勢(shì)，從43.01 mg/L上升至48.70mg/L左右后逐漸下降至33.88 mg/L。在第16天時(shí)TN的出水濃度突然變高，這是由于進(jìn)水TN濃度突然升高，反應(yīng)器內(nèi)菌群無(wú)法完全適應(yīng)水質(zhì)情況的變化。同時(shí)低溫導(dǎo)致生物活性降低，工藝硝化過(guò)程難以進(jìn)行，使2#反應(yīng)器出水TN濃度升高。

圖6 低溫恢復(fù)期2#反應(yīng)器TN變化Fig.6 Variation curve of TN in 2# reactor at low temperature in recovery phase

1#、2#反應(yīng)器在整個(gè)低溫恢復(fù)期內(nèi)TN去除率的變化見(jiàn)圖7。從圖7可以看出，進(jìn)行生物強(qiáng)化的1#反應(yīng)器在投加污泥的32 d低溫恢復(fù)期內(nèi)，TN去除率逐漸升高，由20%升高至55%。其中，在第18天TN去除率有所下降，由45%下降至40%，這是因?yàn)楫?dāng)天反應(yīng)器進(jìn)水TN突然升高，反應(yīng)器內(nèi)菌種沒(méi)有完全適應(yīng)水質(zhì)狀況。進(jìn)行自然恢復(fù)的2#反應(yīng)器在32 d恢復(fù)期內(nèi)，隨著時(shí)間的延長(zhǎng)，TN去除率僅由17%提高到34%，反應(yīng)器恢復(fù)相比于1#反應(yīng)器較慢。

圖7 低溫恢復(fù)期TN去除率變化Fig.7 Variation curve of TN removal rate at low temperature in recovery phase

綜上所述，在相同的32 d低溫恢復(fù)期內(nèi)，當(dāng)生物強(qiáng)化與自然恢復(fù)反應(yīng)器進(jìn)水TN濃度均為50 mg/L左右時(shí)，生物強(qiáng)化反應(yīng)器TN出水濃度和去除率優(yōu)于自然恢復(fù)反應(yīng)器，恢復(fù)時(shí)間短。說(shuō)明低溫條件下，A/O生物濾池采用生物強(qiáng)化方式對(duì)反應(yīng)器TN去除效果的快速恢復(fù)有明顯效果。

3 結(jié)論

① 與2#自然恢復(fù)的反應(yīng)器相比，1#生物強(qiáng)化反應(yīng)器的提高速率明顯較高，這說(shuō)明采用生物強(qiáng)化的方式解決A/O生物濾池反應(yīng)器低溫條件下恢復(fù)較為困難的問(wèn)題是可行的。

② 在為期32 d的整個(gè)低溫恢復(fù)期間，進(jìn)行生物強(qiáng)化的反應(yīng)器出水NH3-N為19.36 mg/L，NH3-N去除率由19.87%升高至62.86%。與自然恢復(fù)的反應(yīng)器相比，出水NH3-N低，去除率增長(zhǎng)速率

較快，說(shuō)明低溫下進(jìn)行生物強(qiáng)化對(duì)反應(yīng)器NH3-N去除效果的快速恢復(fù)有明顯效果。

③ 在相同的低溫恢復(fù)期間內(nèi)，自然恢復(fù)的反應(yīng)器對(duì)TN的去除率變化較小，而進(jìn)行生物強(qiáng)化恢復(fù)的反應(yīng)器內(nèi)出水TN由41.97 mg/L降至22.70 mg/L，TN去除率由20%升高至55%，說(shuō)明低溫下進(jìn)行生物強(qiáng)化對(duì)反應(yīng)器的TN去除效果的快速恢復(fù)有明顯效果。

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Enhanced recovery of biological filter at low temperature

Sun Ming, Ji Xinqi

(SchoolofMunicipalandEnvironmentalEngineering,ShenyangJianzhuUniversity,Shenyang110168,China)

In order to solve the problem of enhanced recovery of anaerobic/anoxic biological filter at low temperature (6 ℃ to 10 ℃), the experiments with the methods of biological enhanced recovery and natural recovery were carried out. The results showed that the removal efficiency of NH3-N was increased from 19.87% to 62.86%, and the removal efficiency of TN was increased from 20% to 55% in biological enhanced recovery reactor. However, the removal rate of NH3-N increased from 18.32% to 35.6%, and the removal rate of TN increased from 17% to 34% in natural recovery reactor. Therefore, it was better to solve the problem of A/O biological filter reactor in low temperature conditions by biological enhanced method.

Low temperature; biological filter; enhanced recovery

TU992.3

A

1673-9353(2016)06-0019-04

10.3969/j.issn.1673-9353.2016.06.005

孫 明(1994- )， 碩士，研究方向?yàn)殡y降解有機(jī)污水處理關(guān)鍵技術(shù)研究。E?mail：571453288@qq．com

2016-04-23