生物铁法处理高浓度氨氮生活污水效果研究

刘晓云　毕学军

摘要：文章以高浓度氨氮生活污水为处理对象，通过对生物铁法与常规活性污泥法处理效果的比较，得出了生物铁法对高浓度氨氮生活污水在低温状态下有更佳的处理效果的结论。

关键词：生物铁法；常规活性污泥法；高浓度氨氮生活污水；污水处理

中图分类号：TU18文献标识码：A文章编号：1009-2374（2009）11-0101-02

本实验在青岛团岛污水处理厂进行，团岛污水处理厂位于青岛市市南区，设计处理能力10万吨/天，团岛污水处理厂所接纳的污水80%以上为生活污水；20%左右的工业废水主要为印染、食品加工废水，现采用改良A²/O工艺及倒置A²/O工艺。常规工艺15℃以上氨氮处理效果较好，但当反应温度降到13℃时，生物硝化效果开始明显变差，系统容易出现污泥上浮现象，污泥沉降性能差，出水氮磷含量升高。冬季不得不采用增加水力停留时间和污泥龄等措施。效果并不显著。

实验期间水质如下所示：

水质指标范围

CODcr（mg/L）400～600

BOD₅（mg/L） 200～400

NH₃-N（mg/L）80～130

TP（mg/L） 6～25

PO₄^3--P（mg/L）2.5～18

一、实验原理

（一）倒置A²/O工艺

随着我国对排入水体的氮、磷营养物质的量要求越来越严格，近三十年来，我国引进并开发出多种具有脱氮除磷功能的二级处理工艺，倒置A²/O工艺就是其中之一，已经过大量的试验研究取得了成功的经验，它是在常规A²/O工艺基础上停止内回流，加大污泥回流比而发展起来的。与目前国际上最为先进的A²/O、UCT（带双循环回路的除氮磷工艺）、VIP等工艺相比，倒置A²/O工艺创造性地将传统生物脱氮除磷理论与工艺流程中的厌氧、缺氧环境倒置，形成了缺氧/厌氧/好氧的流程形式。就其工艺过程而言具有如下特点：

1．缺氧区位于系统首端，反硝化菌优先获得易降解有机物作为碳源，反硝化的碳源要求优先获得满足，反硝化容量充分，强化了系统的脱氮能力，反硝化速率提高，并避免回流污泥携带的溶解氧与硝酸盐对厌氧有效释磷的影响。

2．由于采用于一个回流系统，使所有参与回流的污泥全部经历完整的厌氧释磷和好氧吸磷过程，显著提高了微生物的群体效应，参与释磷和吸磷过程的回流污泥量增加，而且聚磷菌微生物经厌氧释磷后直接进入生化效率较高的好氧环境，其在厌氧条件下形成的吸磷动力可以得到充分的利用，故提高了系统的除磷能力。

3．通过缩短初沉停留时间或超越初沉池，为脱氮除磷提供更多的碳源，缓解碳源矛盾的同时，提高了生物处理系统的活性污泥浓度，强化了好氧区同步反硝化作用，不仅提高了处理系统的脱氮功能，而且为生物除磷创造了良好的条件，促进处理系统的生物除磷能力的提高。

4．倒置A²/O工艺将传统生物脱氮除磷工艺系统所必需的污泥回流外循环系统与混合液回流内循环系统（好氧混合液回流、缺氧混合液回流）合二为一构成了唯一的污泥回流系统，使工艺流程简单化，系统运行变得更为稳定，不仅可以节省建设或改造投资，而且可以降低运行费用。

（二）生物铁法

生物铁法是向曝气池内或进水中投加铁盐。以提高普通活性污泥法处理废水的效能，强化和扩大活性污泥法净化功能的方法。

生物铁法技术原理基于：（1）利用铁的物理、化学性质以及铁与生物的共同效应，使微生物絮体和Fe（OH）₃絮体协同凝聚，形成了絮体粗大、结构紧密的团状活性污泥，具有良好吸附絮凝作用，可以进一步提高处理效率；（2）从生物角度来看，铁是生物氧化酶系中细胞色素的重要组成部分，在生物氧化中通过Fe³⁺、Fe²⁺氧化还原反应进行电子传递作用对生物氧化和生物絮凝作用起了很大的促进作用；（3）铁是活泼金属，在酸性条件下，它的还原能力能使某些有机物被还原为还原态。另外铁在酸性水溶液中生成的Fe 2+能使偶氮型染料的发色基还原降解。生物铁法能获得较好去除效果，原因可能是多种因素综合作用的结果，生物铁反应器由于铁溶出及最终Fe（OH）₃絮体和生物铁活性污泥的形成，导致生物铁反应器活性污泥悬浮固体量及密度增加，使得污泥在密度较大的高盐分废水中亦易于沉淀，出水悬浮物减少；同时铁的还原脱氯作用，提高了废水的可生化性；且铁是生物氧化酶系中细胞色素的重要部分，通过Fe→Fe2+ →Fe³⁺氧化还原反应起着电子传递作用，有利于微生物的新陈代谢；另外，铁离子对钠离子具有拮抗作用，铁离子的加入会减轻钠离子对生物处理过程的抑制作用。

生物铁污泥的制取：

2FeCl₃+3Na₂CO₃+3H₂O→2Fe（OH）₃+6NaCl+6CO₂

然后用清水反复冲洗几次，排掉氯化钠溶液，最后将氢氧化铁絮状物直接投加到曝气池中。

在生物铁法的运转中，将活性污泥中铁的含量控制为1%～10%，铁盐的初始投加量应能满足活性污泥开始培养时，就应有一定的含铁量，使微生物在富铁环境下有一个较大的增长。铁盐的初始投加量，可按下式进行估算（以投加三氯化铁计）：

G=VMC162/56

G——三氯化铁初始投加量（kg）；

V——池有效容积（m3）；

M——曝气池原有活性污泥浓度（g/L，kg/m3）；

C——活性污泥中开始控制的含铁量，不应小于1%；

162——三氯化铁分子量；

56——铁的原子量。

生物铁的运行管理：为了补充处理过程中随剩余污泥排放而流失的铁，在正常运行时需要在进水中连续投加三氯化铁。其投加铁（Fe₃+）量按进水量1～10mg/L计算。正常运行时，控制污泥含铁量不低于3%，以保证生物铁法稳定运行。

二、实验方法及数据分析

建立两套倒置A²/O小试系统，稳定运行两周后，对其中一小试进行生物铁的培养，培养成熟后，进行常温实验和低温实验，水力停留时间、污泥龄、回流比都控制在12h、16d、200%。取团岛污水处理厂曝气沉砂池出水作为原水。

起始污泥浓度为4000mg/L，培养成功显示为污泥各项指标基本趋于稳定，形成颗粒较大，结构紧密的团状污泥时，污泥浓度因铁的投加增加到6000 mg/L后趋于稳定，对照系统培养后增加到4500 mg/L趋于稳定。

（一）常温下生物铁、倒置A²/O的对比实验

生物铁控制污泥含铁3%（每天补充Fe₃+2mg/L）的对比实验。研究两系统对有机物CODcr及NH3-N的去除效果差别。

该工况（9月初～9月下旬）污水厂进水水质情况较稳定，进水CODcr平均为553.2 mg/L，NH3-N平均为101mg/L，水温24度左右，生物铁系统及倒置A²/O系统的MLSS分别为6000mg/L，4500mg/L，S、V分别为26、40。（1）对于CODcr而言，生物铁工艺出水为53mg/L，倒置工艺A²/O出水为55.8mg/L，生物铁工艺比倒置工艺CODcr去除率提高0.5%左右；（2）对于NH3-N而言，生物铁工艺出水为1.98mg/L，倒置工艺A²/O出水为6.31mg/L，生物铁工艺比倒置A²/O提高4%左右。生物铁工艺在CODcr，NH3-N的去除效果上较优于倒置A²/O工艺。

（二）低温下生物铁、倒置A²/O的对比实验

低温条件下，生物铁控制污泥含铁3%（每天补充Fe³⁺2mg/L）的对比实验。研究两系统对有机物CODcr及NH₃-N的去除效果差别。

该工况（10月下旬～11月下旬）污水厂进水水质情况较稳定，进水CODcr平均为510 mg/L，NH₃-N平均为96mg/L，水温13℃～15℃，生物铁系统及倒置A²/O系统的MLSS分别为5900mg/L，5000mg/L，S、V分别为65、80。（1）对于CODcr而言，生物铁工艺出水为54mg/L，倒置工艺A²/O出水为61mg/L，生物铁工艺比倒置工艺CODcr去除率提高1.4%左右；（2）对于NH₃-N而言，生物铁工艺出水为2.22mg/L，倒置工艺A²/O出水为25mg/L，生物铁工艺比倒置A²/O提高23%左右。低温条件下生物铁工艺在CODcr，去除效果上较优于倒置A²/O工艺，NH₃-N的去除效果要优于倒置A²/O工艺。

三、实验结论

1．通过上述两个实验数据的分析，（1）对于CODcr而言，常温及低温条件下生物铁工艺稍优于倒置A²/O工艺；（2）对于NH₃-N而言，常温条件下生物铁工艺与倒置A²/O工艺去除效果相差不大，但在低温条件（13℃～15℃）下，生物铁工艺要明显优于倒置A²/O工艺，去除率要提高23%左右。

2．本实验的生物铁法活性污泥铁含量为3%，补充铁为2mg/L，以提高曝气池污泥浓度增强污泥性能为主，充分发挥生物絮凝和生物氧化的作用，从而达到提高处理效率和出水水质的目的。铁与微生物结合生成比重大、SVI低、絮凝沉降性能和压实性能良好的生物铁污泥絮体，能避免污泥随出水流失，有助于提高污泥浓度，改善污泥沉降性能，对保持较强的微生物降解能力也起到了十分重要的作用。

3．将普通的活性污泥法工艺流程改造为生物铁法流程十分简单，除了开始培养化生物铁絮体时需一次投加一定量的三价铁盐外，正常运行只需补充排放剩余污泥时带走的铁，其他方面与原有工艺完全相同。

4．生物铁法能维持较高的生物量，污泥浓度比一般污泥法高，在同样的水质情况下，生物铁法污泥所承受的污泥负荷低一些，因而处理效果优于普通活性污泥法，且更能承受有机负荷的冲击。

参考文献

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作者简介：刘晓云（1978－），女，山东莱芜人，青岛理工大学环境与市政工程学院研究生，研究方向：水污染控制。