BIOSEMEDI生物滤池冬季除氮的探索

顾萍 沈炜冰 樊昱昕

（上海城投污水处理有限公司曲阳污水处理厂 上海 201203）

氮是植物和微生物的主要营养性元素，当水体中的氮含量超过一定量就会产生富营养化。目前，大部分的污水处理厂多采用生物脱氮工艺，采用生物法脱氮能较彻底地去除废水中的氮，且不易产生二次污染，能耗较物理化学法也低。但在环境温度较低时，硝化与反硝化速率会降低，影响脱氮效果。本文以某沿海城市的污水处理厂为例，探讨了在低温环境下BIOSEMEDI生物滤池的除氮技术。

1 项目背景分析

某沿海城市中心城区小型污水处理厂，设计日处理量6万m3，采用双污泥脱氮除磷处理工艺，工艺分为前后两段，前段采用短泥龄的活性污泥法，后段为生物膜法。该工艺针对不同的污染因子，采用不同的处理方法，在一个系统中实现脱氮除磷的目的。

后段工艺中采用BIOSMEDI轻质滤料滤池，处理规模3万m3/d，活性污泥段二沉池出水的50%进入生物滤池处理，出水与未经过生物滤池处理的二沉池出水混合后排放。

污水厂自投入运行以来，气温较高时，尤其在夏季出水氨氮较低，生物滤池除氮效果良好，氨氮的去除负荷一般在0.5kgNH3-N(m3/d)以上。但在冬季气温较低时，及气温刚回暖时，氨氮去除效果较难控制。

2 BIOSEMEDI生物滤池工作原理简述

该滤池是一种淹没式上向流生物滤池，正常运行时，污水通过进水槽进入滤池底部，空气通过安装于滤层下部混凝土上的穿孔布气管进行充氧，污水流经滤层后，滤层表面吸附着大量的微生物，利用进水中的溶解氧降解有机物及氨氮，处理后出水溢流至出水收集槽排放。滤池的反冲洗采用脉冲冲洗的方法，可以将吸附在滤料上的悬浮物资脱落，反冲洗后，打开穿孔排泥阀，利用其它正在运行的生物滤池出水对滤层进行水漂洗。

滤池滤料选用EPS泡沫滤珠滤料，这是一种可发性聚苯乙烯泡沫滤珠，初期投运时直径3～5mm，比表面积可达1000～1500m2/m3，堆密度80～100kg/cm3,孔隙率50%左右。

3 BIOSMEDI生物滤池的调试试验

试验从2012年12月21日起开始，此时滤池水温逐步降低，同时4#滤池完成了滤料更换和补充，滤层厚度达2m。自2013年1月3日起水温降至10℃以下，选取了滤料层厚度在2m左右的4#池，和滤料层厚度在1m左右的5#池的出水进行了对比。自1月28日起，增加了对生物滤池的进水水量，由原来的1224m3/h提高至1528m3/h，目的是提高了滤池的水力负荷。增加了生物滤池出水回流至曝气池，回流比由原来的9%增加至18%。试验期间每2天反冲洗一次，每次反冲洗时间约30min，周期结束时滤层阻力约3.92kpa，脉冲反冲洗次数为2～3次，然后用滤池出水进行漂洗，漂洗时间约10min。试验中以测定氨氮的去除效果为主，以单位填料对氨氮的去除量和氨氮去除率来表示。

3.1 挂膜法

由于二沉池出水中存在诸多菌种，这些菌种以滤料为载体，省去了接种的麻烦，得到了大量的繁殖，生存条件十分优越。

挂膜阶段必须要有十分理想的菌种生存环境，所进的水中的氮、磷等营养元素含量、水温、酸碱值等都必须达到一定的要求，值得一提的是必须要防治有毒物质的进入和肆意繁殖。挂膜刚刚启动阶段，应当采用低负荷进水方式，此时的进水量约为设计水量的40%上下，尽量避免生物膜的冲刷冲击，为挂膜提速做好铺垫工作。

3.2 BIOSMEDI生物滤池的反冲洗过程

BIOSMEDI生物滤池的调试过程是有PLC来进行控制的，是由反冲洗的时间间隔、反冲洗时间长短、排泥阀开度、滤池格数等因素来进行控制的。

3.2.1 反冲洗时间间隔的控制方法

通常滤池反冲洗时间间隔约为1～2天，冬季则适当延长，可根据运行状态调整。比如，本试验在挂膜期间2～3天反冲洗一次，间隔时间要根据运行水质、水量随时调节。

3.2.2 反冲洗时间的控制方法

每次反冲洗时间长短会影响出水的SS和CODcr值。反冲洗时间不足，水力对滤料的冲刷效果差，老化的生物膜被冲刷得不彻底。反冲洗时间太长则能量消耗多，不经济。反冲洗的强度即滤池表面水位下降高度，本试验运行时控制不低于40cm，一般控制在50～60cm，即水位下降到滤板处为最佳状态。进水量过小时可适当调大。本次试验中反冲洗时水量调节到12～15m3/h，单次充气26min就可以满足反冲洗。

3.2.3 反冲洗排泥的控制方法

排泥的开度取决于池面的水位，排泥量太小，造成反冲洗水流入后续处理，影响水质。排泥量太大，滤池没有充足的水进入后续处理，会造成暂时断流的现象。对污水管网的冲击力也会增大。运行时要根据实际水量和水质来确定排泥的开度，以略低于出水槽为宜。实践表明，在运行中选取合适的反冲洗时间间隔和反冲洗时间，可显著提高曝气生物滤池的运行效果。通过实践调整和对出水水质监测数据分析，确定此工艺中进水流量为1200～1500m3/h时，反冲洗充气时间每次为26min，排泥时间为42min。第一次放气后DN300的排泥开度为30～50%，排12min，第二次放气后DN300排泥阀开度为100%开度排30min。反冲洗后由于脱落的生物膜在水力的作用下会部分上浮，导致水面会出现浑浊现象，短时间内除氨氮值正常外，其他如SS、CODcr、浊度值增高，属于正常现象。正常情况下2h左右会恢复澄清。

4 BIOSMEDI生物滤池的调试试验的结果与分析

4.1 BIOSMEDI生物滤池的新陈代谢状况分析

在挂膜阶段，利用微生物的新陈代谢能够有效去除水中的污染物。在BIOSMEDI生物滤池的调试过程中，会产生大量的各种各样的细菌、真菌，同时，水中还会有各种藻类、原生动物和后生动物生长和繁殖，这些复杂丰富的生物自然地组成了相对完整的水中生物链。然而，经过BIOSMEDI生物滤池的调试之后，混合液中仍然大量的古拙型纤毛虫，这一现象证明了BIOSMEDI生物滤池除氮处理的优良水质，BIOSMEDI生物滤池除氮效果十分理想。

4.2 反冲洗对生物膜的影响分析

进水区的生物膜增长速度快，反冲洗时生物膜大量脱落，但是由于营养物质和溶解氧充足，在反冲洗后能较快的恢复处理能力。同一天内不能频繁地进行反冲洗，否则会影响生物膜的增殖。

污水经过下层的碳化硝化阶段，基质和溶解氧的浓度逐渐减少，形成了一个浓度梯度，不同位置存在不同的微生物代谢优势区，上层主要是硝化自氧菌，其代谢优势区将位于生物膜内部稍浅的区域。由于硝化菌的优势位置在内部，因此反冲洗后，对氨氮的处理能力更好。

4.3 滤速对氨氮去除率的影响分析

BIOSMEDI生物滤池的调试试验结果如图1所示。

图1 生物滤池滤速与氨氮去除率的影响

从图1可以看出，滤速的增加有利于提高滤池的硝化速率。研究表明，在溶解氧充足、温度适宜的情况下，滤速为20m/h时的氨氮去除负荷可达滤速为5m/h的2倍。本次试验期间生物滤池平均水温8.6℃，且水温随气温呈逐步下降趋势。1月28日提高生物滤池进水流量后，滤速提高了25%，单位填料对氨氮的去除负荷由原来的0.16kgNH3-N/（m3·d）提高至0.33kgNH3-N/（m3·d），氨氮去除率提高近1倍。这是因为生物滤池进水来自于二沉池出水，有机物浓度较低，加大了滤池进水量后使滤料不断受到冲刷，生物膜连续脱落，不断更新，使得硝化速率得到提高。由于试验构筑物池容的限制，试验时无法进一步提高滤池滤速。

4.4 回流的作用分析

生物滤池部分出水硝化液回流至活性污泥段生物池缺氧段末端，不但可增加生物池碳源，还能提高生物滤池的水力负荷，当来水的水质和水量出现波动时，回流还有调节和稳定进水的作用。由本次试验可知，在水温较低时（低于10℃），增加硝化液回流可为前端生物池提供部分碱度和能源。

4.5 滤层厚度对去除有机物速率的影响分析

滤层的上层和下层中生物膜量、微生物种类和去除有机物的速率各不相同。当滤层各层进水水质互不相同时，各层生物膜的微生物就不相同，处理污水的功能也随之不同。随着滤层厚度增加，微生物从低级趋向高级，种类逐渐增多，生物膜量从多到少。由于硝化反应速率与有机物浓度有关，而不同深度的处的有机物浓度不同，因此，各层滤层有机物去除率不同，有机物的去除率沿池深方向呈指数形式下降。由图2可知，滤层厚度对生物滤池处理效果有明显影响。本次试验的生物滤池已运行近5年，滤珠滤料由原来的直径3～5mm缩小至1～2mm，比表面积缩小84%～89%。这是因为在滤池运行中的进水、曝气、反冲洗、排泥等过程中，轻质滤料不断的彼此碰撞、摩擦，导致颗粒密度紧实，直径缩小，使得因滤料直径缩小后通过滤板随着出水而流失。2012年12月对4#池更换滤料，滤层厚度2m，至试验开始时已基本达到正常状态，氨氮去除率50～70%，比1#池氨氮去除率高10～30%。

图2 滤层厚度对氨氮去除率的影响

5 结语

本试验表明，挂膜阶段必须要有十分理想的菌种生存环境，挂膜刚刚启动阶段，应当采用低负荷进水方式。反冲洗后，对氨氮的处理能力更好；冬季水温较低时（低于10℃），BIOSEMEDI生物滤池滤速提高25%，单位填料对氨氮去除负荷增加1倍，氨氮去除率增加近1倍。增加生物滤池硝化液回流量对提高氨氮去除效果也有一定作用；同时本次试验还表明，生物滤池滤层厚度对氨氮去除效果也有显著影响，滤层厚度增加1倍，氨氮去除率可增加10～30%。因此，及时补充或更换填料，对于确保生物滤池发挥正常效果尤其重要。

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