傅木星

（杭州迪利生態(tài)循環(huán)經(jīng)濟(jì)工程有限公司，杭州 310000）

隨著我國(guó)人口的不斷增加和城市化進(jìn)程的迅速加快，用水需求激增，城鎮(zhèn)污水排放量逐年增加。我國(guó)城鎮(zhèn)污水有機(jī)物含量不高且有逐漸降低的趨勢(shì)，氨氮濃度卻越來(lái)越高，污水的碳氮比（C/N）持續(xù)降低，加大了污水處理難度。對(duì)于低C/N 的城鎮(zhèn)污水，傳統(tǒng)的污水脫氮工藝不能達(dá)到預(yù)期的處理效果，要加大曝氣量，補(bǔ)充大量有機(jī)碳源，以提高處理效率。曝氣量的增大和有機(jī)碳源的大量使用使污水處理成本急劇增加。因此，降低曝氣量和有機(jī)碳源使用量具有重要的意義。

生物轉(zhuǎn)盤(pán)技術(shù)是一種在生物濾池基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的生物膜法污水處理技術(shù)，于20世紀(jì)70年代被引入我國(guó)。微生物附著在生物轉(zhuǎn)盤(pán)的盤(pán)片上形成生物膜，通過(guò)生物轉(zhuǎn)盤(pán)的轉(zhuǎn)動(dòng)，生物膜可以交替地與污水和空氣接觸，獲得適當(dāng)?shù)娜芙庋酰―O），從而降低系統(tǒng)的能耗。盤(pán)片的生物膜具有一定厚度，DO 難以深入進(jìn)行反硝化等反應(yīng)，有利于脫氮的進(jìn)行。生物轉(zhuǎn)盤(pán)不需要曝氣，能耗低，抗沖擊能力強(qiáng)，可以很好地運(yùn)用到城鎮(zhèn)污水的處理中。李莎等利用聚乙烯制作生物轉(zhuǎn)盤(pán)盤(pán)片處理市政污水，化學(xué)需氧量（COD）的去除率超過(guò)90%，總氮（TN）的去除率可達(dá)87%。孫懷谷等將生物轉(zhuǎn)盤(pán)作為核心工藝處理城鎮(zhèn)污水，出水可達(dá)《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 18918—2002）的一級(jí)A 標(biāo)準(zhǔn)。目前，用于生物轉(zhuǎn)盤(pán)脫氮處理研究的城鎮(zhèn)污水C/N 大都大于3，而低C/N 城鎮(zhèn)污水脫氮研究鮮見(jiàn)報(bào)道。筆者以C/N 低于3 的城鎮(zhèn)污水為研究對(duì)象，以生物轉(zhuǎn)盤(pán)作為主要反應(yīng)器，研究不同轉(zhuǎn)盤(pán)轉(zhuǎn)速對(duì)工藝脫氮性能的影響，以期引導(dǎo)人們利用生物轉(zhuǎn)盤(pán)處理低C/N 城鎮(zhèn)污水。

1 材料和方法

1.1 試驗(yàn)裝置及流程

生物轉(zhuǎn)盤(pán)由水槽和水槽蓋組成，水槽材質(zhì)為防腐碳鋼，有效容積約為5 m。反應(yīng)器內(nèi)裝有2 組轉(zhuǎn)盤(pán)，每組轉(zhuǎn)盤(pán)含有5 個(gè)盤(pán)片，盤(pán)片直徑為2 m，為復(fù)合鏤空絲板結(jié)構(gòu)。減速機(jī)功率為1.5 kW，通過(guò)轉(zhuǎn)軸帶動(dòng)盤(pán)片轉(zhuǎn)動(dòng)，盤(pán)片的轉(zhuǎn)速介于0 ～25 r/min，可調(diào)節(jié)。試驗(yàn)流程如圖1 所示。

圖1 試驗(yàn)流程

1.2 試驗(yàn)用水

試驗(yàn)用水取自溫嶺市某污水處理廠，該廠的進(jìn)水主要是生活污水，沒(méi)有工業(yè)污水摻入，C/N 保持在1.2 ～2.5，具體水質(zhì)如表1 所示。主要監(jiān)測(cè)指標(biāo)有COD、氨氮（NH-N）、TN 和C/N。

表1 試驗(yàn)用水水質(zhì)

1.3 試驗(yàn)方法

試驗(yàn)接種污泥為杭州某垃圾填埋場(chǎng)污水處理站污泥，在試驗(yàn)的過(guò)程中，反應(yīng)器內(nèi)污泥濃度保持在3 500 mg/L。系統(tǒng)采用連續(xù)進(jìn)水的方式啟動(dòng)，進(jìn)水量為0.2 m/h，轉(zhuǎn)盤(pán)轉(zhuǎn)速為4 r/min。根據(jù)出水水質(zhì)，適當(dāng)調(diào)整進(jìn)水流量和轉(zhuǎn)盤(pán)轉(zhuǎn)速。啟動(dòng)成功后，在連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行條件下，研究轉(zhuǎn)盤(pán)轉(zhuǎn)速對(duì)污水處理過(guò)程中脫氮效果的影響，尋求生物轉(zhuǎn)盤(pán)脫氮的最佳轉(zhuǎn)速。

1.4 分析項(xiàng)目和方法

NH-N 采用《水質(zhì) 氨氮的測(cè)定 納氏試劑分光光度法》（HJ 535—2009）測(cè)定；TN 采用《水質(zhì) 總氮的測(cè)定 堿性過(guò)硫酸鉀消解紫外分光光度法》（HJ 636—2012）測(cè)定；DO 濃度采用便攜式溶氧儀測(cè)定；COD 采用COD 快速測(cè)定儀測(cè)定。

2 結(jié)果與討論

2.1 轉(zhuǎn)盤(pán)啟動(dòng)

生物轉(zhuǎn)盤(pán)啟動(dòng)階段，進(jìn)水COD、NH-N 和TN平均濃度分別為132 mg/L、34.99 mg/L 和50.72 mg/L。啟動(dòng)初期，出水水質(zhì)較差，這與盤(pán)片上未附著穩(wěn)定生物膜，微生物數(shù)量較少且活性較差有關(guān)。隨著啟動(dòng)的進(jìn)行，出水水質(zhì)逐漸改善，在第40 天時(shí)，出水的COD 去除率達(dá)82.03%，NH-N 和TN 去除率分別為88.42%和64.72%。觀察生物轉(zhuǎn)盤(pán)盤(pán)片，發(fā)現(xiàn)其表面形成一層構(gòu)造均勻、厚度約2 mm 的生物膜，生物轉(zhuǎn)盤(pán)啟動(dòng)成功。

2.2 轉(zhuǎn)盤(pán)轉(zhuǎn)速對(duì)NH4+-N 去除的影響

生物轉(zhuǎn)盤(pán)進(jìn)水速度控制在0.5 m/h，通過(guò)無(wú)級(jí)變速器調(diào)節(jié)生物轉(zhuǎn)盤(pán)轉(zhuǎn)速，每個(gè)轉(zhuǎn)速運(yùn)行達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)后繼續(xù)運(yùn)行7 d，考察轉(zhuǎn)速對(duì)NH-N 去除的影響。NH-N 去除率隨轉(zhuǎn)盤(pán)轉(zhuǎn)速的變化情況如圖2 所示。由圖2 可以看出，隨著轉(zhuǎn)盤(pán)轉(zhuǎn)速?gòu)牡偷礁咦兓?，NH-N 去除率先增加，后趨于穩(wěn)定，再下降。當(dāng)轉(zhuǎn)盤(pán)轉(zhuǎn)速不大于2 r/min 時(shí)，生物轉(zhuǎn)盤(pán)內(nèi)DO 濃度很低，不足0.1 mg/L，硝化菌沒(méi)有足夠的O作為電子受體，從而使NH-N 的氧化受阻，出水的NH-N濃度較高，去除率不足42%。隨著轉(zhuǎn)盤(pán)轉(zhuǎn)速的提高，水力攪拌作用逐漸增強(qiáng)，強(qiáng)化了污水的混合和傳質(zhì)，生物轉(zhuǎn)盤(pán)內(nèi)DO 濃度逐漸升高，有利于NH-N發(fā)生硝化反應(yīng)。當(dāng)轉(zhuǎn)盤(pán)轉(zhuǎn)速為4 r/min 時(shí)，生物轉(zhuǎn)盤(pán)內(nèi)DO 濃度約為0.4 mg/L，出水NH-N 濃度為2.74 mg/L，去除率達(dá)到90.63%。隨著轉(zhuǎn)盤(pán)轉(zhuǎn)速的進(jìn)一步增大，生物轉(zhuǎn)盤(pán)內(nèi)DO 濃度還可以進(jìn)一步升高，但是此時(shí)DO 已經(jīng)不再是硝化反應(yīng)的限制性因素，NH-N 去除率沒(méi)有大幅度的提升。當(dāng)轉(zhuǎn)盤(pán)轉(zhuǎn)速大于8 r/min 時(shí)，水利剪切作用增強(qiáng)到一定程度，致使盤(pán)片上生物膜過(guò)早脫落，生物量減少導(dǎo)致NH-N 去除率下降。

圖2 轉(zhuǎn)盤(pán)轉(zhuǎn)速對(duì)NH4+-N 去除的影響

2.3 轉(zhuǎn)盤(pán)轉(zhuǎn)速對(duì)TN 去除的影響

TN 去除率隨轉(zhuǎn)盤(pán)轉(zhuǎn)速的變化情況如圖3 所示。由圖3 可以看出，隨著轉(zhuǎn)盤(pán)轉(zhuǎn)速的提高，TN 去除率也先升高后降低。當(dāng)轉(zhuǎn)盤(pán)轉(zhuǎn)速較低時(shí)，生物轉(zhuǎn)盤(pán)內(nèi)DO濃度很低，NH-N 硝化反應(yīng)受阻，后續(xù)的反硝化和厭氧氨氧化等因缺少電子受體而無(wú)法順利進(jìn)行，從而導(dǎo)致出水TN 濃度高，去除率低。當(dāng)轉(zhuǎn)盤(pán)轉(zhuǎn)速為4 r/min 時(shí)，出水TN 濃度為9.96 mg/L，去除率最高為81.22%。這與生物轉(zhuǎn)盤(pán)內(nèi)的DO 濃度密切相關(guān)。當(dāng)轉(zhuǎn)盤(pán)轉(zhuǎn)速為4 r/min 時(shí)，生物轉(zhuǎn)盤(pán)內(nèi)DO 濃度約為0.4 mg/L，在這樣的微氧環(huán)境下，NH-N 能在氨氧化菌的作用下氧化生成亞硝態(tài)氮，為后續(xù)的反硝化和厭氧氨氧化提供底物，使得脫氮反應(yīng)順利進(jìn)行，從而獲得較高的TN 去除率。當(dāng)轉(zhuǎn)盤(pán)轉(zhuǎn)速大于6 r/min 時(shí)，隨著轉(zhuǎn)盤(pán)轉(zhuǎn)速的進(jìn)一步提高，DO 濃度繼續(xù)增高，生物轉(zhuǎn)盤(pán)上，生物膜表面氧的穿透能力逐漸增強(qiáng)，使生物膜內(nèi)部的缺氧環(huán)境逐漸減少，不利于反硝化和厭氧氨氧化反應(yīng)進(jìn)行，導(dǎo)致TN去除率降低。轉(zhuǎn)速大于8 r/min 后，由于水力剪切作用，生物膜過(guò)早脫落，TN 去除效率進(jìn)一步降低。

圖3 轉(zhuǎn)盤(pán)轉(zhuǎn)速對(duì)TN 去除的影響

3 結(jié)論

進(jìn)水量為0.2 m/h，轉(zhuǎn)盤(pán)轉(zhuǎn)速為4 r/min 時(shí)，生物轉(zhuǎn)盤(pán)可以在40 d 內(nèi)完成啟動(dòng)，啟動(dòng)結(jié)束后，COD 去除率達(dá)82.03%，NH-N 和TN 去除率分別為88.42%和64.72%。隨著轉(zhuǎn)盤(pán)轉(zhuǎn)速?gòu)牡偷礁咦兓?，NH-N 去除率先增加，后趨于穩(wěn)定，再下降，當(dāng)轉(zhuǎn)盤(pán)轉(zhuǎn)速為4 ～8 r/min 時(shí)，NH-N 去除率維持在90%以上，此后繼續(xù)增加轉(zhuǎn)盤(pán)轉(zhuǎn)速，NH-N 去除率出現(xiàn)降低。隨著轉(zhuǎn)盤(pán)轉(zhuǎn)速?gòu)牡偷礁咦兓?，TN 去除率先增加，后下降，當(dāng)轉(zhuǎn)盤(pán)轉(zhuǎn)速為4 r/min 時(shí)，出水TN 濃度為9.96 mg/L，去除率最高為81.22%。