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北極星水處理網訊:摘要：採用硝化-反硝化生物濾池作為垂直潛流人工溼地處理生活汙水的預處理單元。結果表明：試驗期間在缺氧與好氧區的體積比為1：3的情況下，BAF預處理生活汙水的較佳工況為：水力負荷為q=10.91m/㎡·d、氣水比3：1、回流比R=150%、對CODcr的平均去除率79.91%、氨氮的平均去除率為80.35%、總氮的平均去除率為66.83%及汙染物去除率的沿程分布。
關鍵詞：硝化-反硝化生物濾池；生活汙水；預處理
引言：硝化-反硝化生物濾池是將傳統的A/O工藝與曝氣生物濾池工藝相結合，在有效降解汙水中有機汙染物的同時，也能夠滿足對汙水生物脫氮的要求，具有負荷高，出水水質好，佔地省等優點，可用於生活汙水生態處理的預處理環節。
一、硝化-反硝化生物濾池原理
1.裝置
採用硝化-反硝化生物濾池工藝預處理生活汙水。試驗採用一根高1.8 m直徑90mm的有機玻璃柱，內置1000mm高輕質多孔陶粒填料，承託層以上每隔250mm設一個取樣口，共設4個，設定的缺氧與好氧區（A/O）的體積比為1：3，曝氣頭位於承託層以上250mm處。
2.材料
用水為由葡萄糖、CH3COONa、（NH4）2SO4、KH2PO4及微量元素配製的模擬生活汙水，各項水質指標CODcr為181.4~256.3mg·L-1，NH4+-N質量濃度為28.78~37.60 mg·L-1，TN質量濃度35.42~42.36 mg·L-1。
陶粒填料性質參數：粒徑為3~5mm，密度1.4~1.6 g/cm3，堆積密度為0.84~0.95g/cm3，比表面積為3.0~4.0㎡/g，孔隙率為20~30%。
3.測試指標和分析方法
主要測試指標有CODcr、NH4+-N和TN，分析方法按照《水和廢水水質監測方法》進行。
二、生物濾池預處理生活汙水效果及影響因素
生物濾池反應器啟動採用投加活性汙泥悶曝，連續流培養的模式進行，即在反應器啟動時投加一定量的活性汙泥作為種泥，先悶曝培養3d，然後連續進水運行30 d後，測柱內CODcr、氨氮的去除率均都達到70%以上就標誌著掛膜成功[7]，啟動完成。
1.水力負荷對BAF處理效果的影響
水力負荷的變化影響著CODCr、氨氮、總氮的去除率，在進水CODCr為192.8～258.2 mg·L-1，氨氮、總氮質量濃度分別為 28.2～36.4、35.2～43.7mg·L-1時，其對應的CODCr平均去除率為79.25 %、78.27%、75.66%，氨氮平均去除率為77.54%、77.84%、73.43%，總氮平均去除率為61.18%、58.10%、54.63%。可見，穩定運行期間，CODcr的去除效果隨著水力負荷的增加，系統對CODcr的平均去除率呈現微弱下降的趨勢。分析認為，隨水力負荷不斷增加，汙水在濾池中的水力停留時間縮短，有機負荷也相應增加，部分有機物來不及降解，同時增加了濾層間的過濾速度和水力剪切力，很容易使生物膜被衝脫，影響處理效果[9]。總體來說，水力負荷對CODcr的去除效果影響不大，適當提高水力負荷仍舊可取得較佳的去除效果。
2.氣水比對BAF處理效果的影響
氣水比的變化影響著 CODCr、氨氮、TN的去除率，在CODcr進水濃度為188.8～238.6mg·L-1，氨氮、TN的質量濃度分別為29.62～35.6 、36.62～44.6 mg·L-1時，其對應的CODcr平均去除率為75.66 %、81.32%、80.36%，氨氮平均去除率為71.60%、74.24%、82.16%，總氮平均去除率為54.63%、59.98%、47.33%。可見，隨著氣水比的增加，系統對CODcr的平均去除率呈現先上升後下降的趨勢。分析認為，當氣水比由1：1升高到3：1時，水中溶解氧量也隨之增加，促進了好氧微生物的生長，使反應器對CODcr去除能力提高。當氣水比由3：1升高到5：1時，由於水中溶解氧量達到平衡，再加大曝氣不僅不會增加溶解氧量，反而增強了水體的湍流，造成水中溶解氧的解析及填料上生物膜的脫落，降低了固定化微生物的濃度，導致反應器去除汙染物的能力下降。
3.回流比對BAF處理效果的影響
在不同回流比條件下，BAF工藝對CODcr的平均去除率呈現先增加再減小的趨勢。當回流比從50%提高至100%時，系統對CODcr的平均去除率由78.70 %升高到81.32%，這表明適當增加回流比對CODcr的去除是有利的，這是因為回流比的增加，系統的水力負荷增加，水力剪切力也隨之增加，可以促進生物膜的更新作用，同時避免懸浮顆粒包裹於生物膜表面，保證了傳質效果，從而保持微生物在系統中有較高的活性。此外，硝化-反硝化生物濾池主要用於脫氮，當回流比增加，回流到硝化-反硝化生物濾池中的NO2--N、NO3--N的量相應增加，此時更多的有機物被反硝化細菌作為碳源進行反硝化去除。當回流比提高至150%時，系統對CODcr的平均去除率下降到78.87%，這是因為提高回流比導致系統水力停留時間縮短，削弱了異養菌生物降解的作用，部分有機物來不及被微生物分解利用便隨水流排出，使CODcr的去除率有所下降。總體來說，提高回流比對有機物的去除影響不大，在不同回流比條件下，有機物的去除率都大於75%以上。
三、硝化-反硝化生物濾池在汙水處理中的應用分析
汙水經過缺氧區後，其氨氮的平均去除率為49.56%。分析氨氮在缺氧區達到較高的去除效率主要原因可知：一是回流水的稀釋作用；二是生物吸附和濾料截留作用；三是回流混合液中的溶解氧使進水中的氨氮發生了好氧硝化；四是發生氨氧化作用。當濾層高度500mm時氨氮的平均去除率提高了26.69%，這是因為硝化過程對溶解氧的需求較高，只有當溶解氧濃度較高時硝化菌才會保持較高的活性，在該段區域內，水中的溶解氧比較高，有機物經缺氧段作為碳源消耗利用後濃度降低，有利於硝化菌的生長，硝化菌成為優勢菌種，表現為濾層對氨氮具有很高的去除率。因此，本工藝對於氨氮的去除，從根本上取決於好氧區的硝化作用，同時好氧區的硝化是前置反硝化的前提，硝化作用的好壞決定著本工藝反硝化性能的優劣。在濾層500~ 1000mm內，氨氮去除率僅增長了4.1%，這是因為在濾層250~500mm內己形成穩定的硝化狀態，所以在後500mm段，氨氮去除率增加有限。
在缺氧區（0~250mm）總氮的平均去除率為 57.99%，佔總去除率的86.78%。在缺氧區內總氮濃度急劇下降主要有三個方面原因：一是缺氧區內硝態氮利用汙水中的可生物降解有機物進行反硝化反應，實現脫氮；二是原汙水對回流液中的硝態氮稀釋作用使得總氮濃度急劇下降；三是由於氨氧化作用。在好氧區（500~1000mm）內，總氮仍有8.84%的去除率，說明在好氧區發生了同步硝化反硝化現象，分析可能的原因：在運行過程中由於曝氣不均勻，氣泡沿器壁上升，使濾料層出現局部變黑的情況，在濾料顆粒間的孔隙中形成適合反硝化的缺氧或厭氧環境。根據好氧生物膜的構造可知，在生物膜內產生了溶解氧梯度，生物膜表面的溶解氧較高，以好氧的硝化菌為主，而生物膜內部則存在缺氧區，反硝化菌佔優勢。
四、結論
有機物經硝化-反硝化生物濾池預處理，進入垂直潛流人工溼地處理後，出水可達到《城鎮汙水處理廠汙染物排放標準》（GB18918－2002）的一級A標準。該工藝系統投資和運行成本低，處理效果好。在缺氧段0~250mm濾料層內發生了明顯的反硝化作用，使總氮得到了有效的去除，而好氧段對總氮也有一定的去除效，說明在好氧狀態下存在同步硝化反硝化作用。
原標題:硝化-反硝化生物濾池在汙水處理中的應用
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