生物膜法去除二级出水中的氨氮

程丽1，张敬琳2，王鹤名1，李文捷3， 李相峰3?
(1.吉林大学环境与资源学院，吉林长春130021；2.深圳水务〈集团〉有限公司，广东深圳518046；
3.吉林建筑工程学院市政环境工程研究所，吉林长春　130021)

　　摘　要：采用生物膜法对二级出水进行深度处理，对影响氨氮去除效率的几种因素作了分析。试验结果表明，采用生物膜法可对氨氮进行有效去除，能够满足城市污水回用于电厂循环冷却补充水或人工景观用水对氨氮指标的要求。
　　关键词：污水回用；二级出水；氨氮；生物膜法
　　中图分类号：X703
　　文献标识码：C
　　文章编号：1000-4602(2002)05-0048-03

　　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

　　试验装置及流程见图1。?
　　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，连续7d的运行结果如图2所示。

　　由图2可见，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，去除氨氮效果见图3。

　　由图3可见，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，去除氨氮效果见图4。

　　由图4可见，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，出水氨氮＜1.5mg/L，仍然可以满足地表水环境质量Ⅴ类水体标准。
　　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，变化趋势见图5。

　　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.

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　　收稿日期：2002-01-30