改良A/O生物膜载体强化氨氮降解效果分析

张伟龙

（广州市污水治理有限责任公司龙归分公司，广东广州 510445）

1 概述

1.1 生物脱氮的机理和机理分析

活性污泥中有的异养菌，在无溶解氧的条件下，能利用硝酸盐中的氧（结全氧）来氧化分解有机物，这种细菌从氧的利用形式分，属于兼性厌氧菌。兼性厌氧菌利用有机物将亚硝酸盐或硝酸盐还原为氮气的反应称为反硝化生物脱氮（简称脱氮），参与脱氮反应的兼性厌氧菌称为脱氮菌。

脱氮反应是在无溶解氧的条件下，脱氮菌进行呼吸的反应，其反应式如下：

式中（H2）——氢供体。氢供体由污水中的有机物、投加甲醇等有机物或细菌内贮存物质分解产物来提供。为使脱氮反应能顺利进行，要求活性污泥混合液中不存在溶解氧，但应有足够的有机物。

从以上公式可知，脱氮反应中，还原每千克硝酸盐生成3.75 g碱度，需要2.86 g BOD（C-BOD）。

1.2 污水生物处理工艺概况

1.2.1 活性污泥工艺

活性污泥是微生物群体及它们所依附的有机物质和无机物质的总称。微生物群体主要包括细菌、原生动物和藻类等。其中，细菌和原生动物是主要的二大类。活性污泥主要用来处理污废水。是一种好氧生物处理方法。活性污泥基本概念是由1912年英国人Clark and Cage发现对废水进行长时间曝气会产生污泥并使水质明显改善，其后Arden and Lackett进一步研究，发现由于试验容器洗不干净，瓶壁留下残渣反而使处理效果提高，从而发现活性微生物菌胶团，定名为活性污泥而来。

1.2.2 活性污泥与生物膜结合工艺

生物膜-活性污泥（A/O）复合工艺综合了活性污泥法和生物膜法两者的优点,特别适合于脱氮。长泥龄的生物膜为生长缓慢的硝化菌提供了非常有利的生存环境,达到有效的硝化效果;而对于泥龄相对较短的活性污泥,主要起去除有机物的作用。这样就避免了普通活性污泥工艺中为了达到硝化目的不得不延长泥龄而极可能导致污泥膨胀的困境[1-2]。联合工艺主要有两类，其一是生物膜与活性污泥同时在同一构筑物内共同生长，可称之为复合方式联合工艺；该方式的主要特征是投加载体要满足悬浮要求，即投加的载体附满生物膜后的比重接近1，目前通常采用的载体有粉末活性炭、无烟煤和球形塑料等，系统中废水与生物相处于完全混合状态。串联方式联合工艺主要是针对处理废水的水质特征、处理深度要求，合理地将生物膜法与活性污泥法的单元处理工艺结合起来。该方式中的每个单元都是一个独立的处理工艺，串联方式灵活多变。串联级数可以是两级，也可以是多级；串联次序可以先生物膜法后活性污泥法，也可以是相反的。该方式的废水流态总体上是属于推流式，在局部单元处于完全混合。

1.3 研究意义

由于废水中成分的复杂性，尤其是废水中氮、磷成分的增加，研究高效稳定的生物处理技术具有广泛的应用前景。复合生物膜反应器模拟了大自然生态系统中水体的自净功能。系统中既存在附着生长在各种物体表面的微生物又存在悬浮生长微生物，提高了微生物的种类和数量，对原有污水处理厂工艺的改进及生物处理技术的研究都有重要的指导意义。

在污水处理过程中，对于有机物的去除，关键是如何提高系统氮的去除率，降低出水氮的浓度[3]。传统的理论认为，氨氮的去除是通过硝化和反硝化两个相互独立的过程实现的。然而，近年来国内外有不少试验和报道证明有同步硝化反硝化（SND）现象，尤其是有氧条件下的反硝化现象确实存在于各种不同的生物处理系统。从物理学角度解释SND的微环境理论是目前已被普遍接受的观点[4]。由于污水排放标准中规定的检测频率为每2 h一次、取日平均值，因此对中时速控制变量的研究更有意义[3]，为此研究只从试验的角度来研究中时速控制变量对A/O脱氮工艺的影响并确立污水生理系统的实时控制对策[5-7]。

2 材料与方法

2.1 载体

载体材料为工程塑料，一般用于饮用水处理池中的絮凝发生池，也称为涡流发生器。载体外形为直径30 cm的球体，载体的比表面积为210 m2/m3，密度为0.95 g/L，载体在挂膜之前静止时浮于水面，曝气时，依靠曝气的搅拌和水力作用与污水混合在一起，挂膜后的载体，曝气时稍流化于水体之中，停止曝气后，载体沉入池底。

2.2 试验流程与装置

此污水处理系统的尺寸设计见于表1。

表1 污水处理系统的尺寸Tab.1 Size of Wastewater Treatment System

试验所用反应器由工程塑料制作反应器运行体积为2 m3，分为完全混合的水解池和分格式的缺氧池和好氧氧化池。二沉池采用坚流式，体积为0.4 m3。试验进水、回流污泥和硝化液回流均采用污水泵控制。

2.3 试验用水

本次试验所采用的试验用水为学校宿舍区的生活杂排水和某禽畜养殖厂污水混合而成，其总磷、CODCr、氨氮的含量见于表2。

表2 试验用水水质Tab.2 Influent Water Quality

3 试验结果与讨论

3.1 载体挂膜与微生物培养

改良A/O法反应器中载体生物膜的培养是试验成功与否的关键因素之一，试验对进行条件进行严格的控制，载体上的生物膜生长如表3所示。

3.2 传统A/O法氨氮的去除效果分析

传统A/O在好氧池中没有添加填料，控制养殖场废水流量基本恒定，其氨氮的去除率见表4。

表4 氨氮的去除结果Tab.4 Degradation Results of Ammonia

测定氨氮的去除率基本维持在55%～61%，结果显示系统基本稳定。

3.3 改良A/O法氨氮的去除效果分析

改良A/O法在好氧池中添加填料，当填料上面的生物膜成熟后，再不断地增加养殖废水的流量，测定进出水中氨氮的含量，其去除率结果见表5所示。

表5 氨氮的去除结果Tab.5 Degradation Results of Ammonia

当养殖场废水排量在50 mL/min至92 mL/min时，氨氮的去除率在80%～85%，处理效果比较理想。但在养殖废水的排量在110 mL/min时，氨氮的去除率明显降低，表明废水的处理量已经超过系统的负荷，从而影响了处理的效果。该试验表明生物膜对处理废水的氨氮具有良好的去除作用。

4 结论

（1）采用新型的悬浮载体生物强化A/O工艺对氨氮降解进行了研究。试验结果表明该系统不仅能有效地去除CODCr，而且更具有较强的硝化功能。该试验与传统的A/O活性污泥法相比，缩短了氨氮的降解时间，提高了氨氮的降解速率。

（2）悬浮载体生物膜的培养优化了生物膜上的微生物种群和生物膜结构，球形蜂窝状结构也改善了附着生长的生物膜内部传质困难和供氧不足的问题，增加了生物膜内活性硝化菌的数量，从而提高了硝化速率。

（3）改良A/O生物膜载体运行方式相对于传统A/O脱氮运行方式相比，对进水的CODCr和氨氮有较好的去除效果。在一定的运行方式下，氨氮的去除率从55%～61%提高到80%～85%。

［1］余兆祥,齐荣,尹艳君.A/O固定生物膜系统处理焦化废水的研究[J].中国科学(B辑),化学,2004,34(6):509-516.

［2］何圣兵,王宝贞,王琳,等.厌氧-好氧生物膜处理污水、污泥的研究[J].中国给水排水,2002,18(9):39-41.

［3］杜红,马勇,彭永臻,王宝贞.A/O脱氮工艺实时控制对策的试验研究[J].环境科学,2005,26(4):100-105.

［4］李亚静,孙力平.A/O工艺生物除磷和好氧反硝化效果及影响因素研究[J].环境保护科学,2007,33(4):19-21.

［5］马勇,王淑莹,曾薇,等.A/O生物脱氮工艺处理生活污水中试(一)短程硝化反硝化的研究[J].环境科学学报,2006,26(5):703-709.

［6］马勇,彭永臻.A/O生物脱氮工艺的反硝化动力学试验[J].中国环境科学,2006,26(4):464-468.

［7］付国楷,余健,郑宪明,等.MBR在水处理中的应用研究[J].净水技术,2004,23(2):34-38.