生物膜法去除二级出水中的氨氮

目前，污水二级处理中的生物脱氮有活性污泥法与生物膜法两种。由于硝化菌的世代周期长、比增长速率小，在活性污泥处理系统中此类细菌难以占优，为取得较好的脱氮效果，在运行过程中往往要求控制泥龄为15～20d且耐冲击负荷较差，从而限制了活性污泥的处理能力。在生物膜法处理中，生物固体的平均停留时间与污水的停留时间无关，硝化菌和亚硝化细菌能够大量繁殖，氨氮的容积去除负荷率较大，耐冲击负荷能力强。在二级出水的低浓度条件下，由于活性污泥很难培养，因此一般在三级处理时更宜采用生物膜法。
1 　试验条件及原水水质
“一汽”废水处理的进水水质与一般城市污水接近。经传统的活性污泥法处理，其出水的各项指标如表1所示。
表1 水质指标及测定方法

水质指标 数值 分析方法 BOD5(mg/L) 17～25 稀释接种法 COD(mg/L) 70～100 重铬酸钾法 氨氮(mg/L) 11.5～14.5 纳氏试剂光度法 SS(mg/L) 30～60 重量法 pH 5.8～7.6 pH计

试验系统进水为二级出水，取自二沉池出口。空气来自该厂曝气池的曝气管路，供气稳定。
2 　装置及工艺流程
试验装置的主体是好氧生物反应器，制作材料为4mm厚钢板，高为2.1m，长为1.2m，宽为0.7m。用钢筋支架固定新型纤维填料。该填料具有易挂膜、比表面积较大、传质效率高、不易堵塞且价格便宜等优点。填料区高约为1.5m，底部曝气。由于进水COD较低，系统产泥量小，因此未单独设沉淀池，在溢流堰出口处设有沉淀槽(起到三相分离作用)，使出水中脱落的生物膜沉淀后回到系统中。
3 　分析方法
试验系统连续运行，每天数次取样检测，分析方法见表2。
表2 检测指标及分析方法

检测项目 分析方法 DO SJG-9440型在线溶氧仪 pH值 pH-2型酸度计 温度 便携式数字测温仪 生物相 Nikon摄影显微镜 MLSS、SS? 滤纸重量法 COD 重铬酸钾法 BOD5 稀释接种法 氨氮 纳氏试剂光度法 流量 转子流量计 供风量 气体转子流量计

4 　结果及分析
4.1　 挂膜启动
为加快挂膜速度，采用连续投加活性污泥作为种泥的方法进行培养，即在启动后的前几天连续投加种泥，小流量递增进水，连续曝气。挂膜前纤维洁白，挂膜后纤维表面为土黄色，池表面散发出土腥味。系统运行稳定后出水清澈。在启动后对生物膜进行了持续镜检，随着对新环境的适应，生物膜上的原生动物和后生动物也在不断变化。
4.2　 运行
挂膜培养完成后即进入正式运行。?
① 对氨氮的去除?
挂膜后进水量为900～1000L/h，停留时间约为1～1.2h，曝气量为2500～3000L/h，pH值为7～7.5。在停留时间为1～1.2h时系统对氨氮的去除率为42%～67%。
运行一个月后，进水量变为200～400L/h，曝气量为3.0m3/h，水力停留时间约为3～3.5h，pH值为7～7.5。在停留时间为3～3.5h时系统对氨氮的去除率为89%～100%。在二级出水pH值稳定的情况下出水氨氮＜1.0mg/L，甚至多次出现未检出的情况，可以满足地表水环境质量Ⅳ类水体标准或电厂循环冷却水标准。
运行两个月后，进水量变为500～600L/h，曝气量为2.0m3/h，水力停留时间约为2h左右，在停留时间为2h左右时系统对氨氮的去除率为85%～95%。在二级出水pH值稳定的情况下，
② 对COD的去除
系统启动后连续取样检测，对COD的去除情况如表3所示。
表3 　对COD的去除　　　 mg/L

时间 6月7日 6月8日 6月9日 6月10日 6月11日 6月12日 6月13日 进水 98.0 56.6 76.4 89.5 92.6 98.8 58.8 出水 20.68 18.43 19.78 21.99 21.13 22.9 19.4

从表3可见，该装置对二级出水残留的COD有很好的去除效果，出水COD为20mg/L左右，表明系统同时具有去除有机物和硝化的功能。?
4.3　 影响去除氨氮效果的因素
① 温度?
温度对生物硝化有很大的影响，硝化菌适宜的生长温度为23～25℃。系统曾在4～5℃时启动过，但一直没有检测到对氨氮的去除效果，证明在此温度下硝化菌已基本失去活性。
② DO
反应器内DO浓度对硝化反应速度及硝化菌的生长速度均有极大的影响。硝化反应必须在好氧条件下进行，但普遍认为DO＞2.0 mg/L时其对硝化作用的影响可以不予考虑。在低泥龄的活性污泥系统中，由于含碳有机物氧化速率的增加使耗氧速率也增加，因而减少了DO对生物絮体的穿透力，使硝化速率减小。试验中原水的有机底物浓度很低，其氧化消耗的DO很少，大部分DO用于供给硝化，且氨氮的浓度不是很高，所以气水比控制在2.5～3.0即可。
③ pH值
pH值的大小直接影响硝化菌的生理条件，随硝化的进行pH值急剧下降，而硝化菌对pH值十分敏感，亚硝酸菌和硝酸菌分别在pH值为7.0～7.8和7.7～8.5时活性最强，若pH值超过此范 围则活性急剧下降，极大地降低了对有机物和氨氮的去除率。由于系统进水为二级生物处理出水，受pH值波动的影响，当pH值降到7以下时，对氨氮的去除率急剧下降，甚至为零；当pH值再次回升到7.2以上时，对氨氮的去除则迅速改善，说明较低的pH值对硝化菌只是抑制微生物的活性而不是对微生物产生毒害作用。
④ 停留时间
停留时间对氨氮的去除效果有很大的影响，当停留时间从1h增加到3.5h时对氨氮的去除率也逐渐提高。
可生物降解含碳有机物与含氮物质的比值(C/N)是影响生物硝化速度和过程的重要因素。因试验进水(二级出水)中可生物降解的有机物含量很低(BOD5一般为10～20mg/L)，所以取得了较高的硝化比率，这由启动10d后即可检测到对氨氮的明显去除得以证实。
5 　结论

生物膜系统对氨氮去除效果显著，可以在较短的停留时间内取得较高的去除率，该系统具有如下特点：?
① 挂膜时间短，硝化菌培养快，挂膜后很快即能检测到对氨氮的明显去除，表明生物膜法由于不存在泥龄控制问题，有利于硝化菌增殖。?
② 系统容积负荷越小时对氨氮的处理效果越好，当停留时间由1.0h增至3.0～3.5h时，对氨氮的去除率由50%提高到接近100%，因此在冬季运行时可适当增加停留时间以保证足够的去除率。在常温情况下，停留时间为2～3h时出水水质可以满足Ⅳ、Ⅴ类景观水体或电厂循环冷却补充水对氨氮指标的要求。
③ 系统在去除氨氮的过程中，对COD也有了进一步的去除，出水COD为20mg/L左右，也完全可以满足Ⅳ、Ⅴ景观水体或电厂循环冷却补充水的指标要求。
参考文献：
1］王鹤立,陈雷，程丽，等.再生水回用于景观水体的水质标准探讨［J］.中国给水排水,2001，17(12):31-35.
2］张延辉.二级出水回用处理工艺研究及应用［J］.环境工程, 1999(2):19-21.