短程硝化－反硝化中铁炭填料对污水中氮、磷去除的研究

董欣杨，王智鹏，古 创，赵伯毅，张厚军

（1．核工业北京化工冶金研究院，北京 101149；2．江苏维尔利环保科技有限公司，江苏 常州 213125）

除磷、脱氮是污水处理工艺中经常面对的问题。除磷和脱氮同时进行，存在泥龄、碳源供给等方面的问题，使得常规生物脱氮、除磷工艺不稳定而且效率不高［1－2］。

铁元素作为微生物生长的营养物质之一，对生物生长和反应有促进作用，同时也能明显提高污水处理效果［3－8］。催化铁体系能够消除随污水进入厌氧系统中的部分溶解氧，创造更严格的厌氧环境，提高除磷菌的除磷效果。

试验根据铁在生物处理中的作用，研究了铁炭填料在实现短程硝化同步反硝化脱氮、除磷系统中对亚硝酸盐积累、COD去除、脱氮、除磷等方面的影响。

1 金属载体促进亚硝酸盐积累和污水净化机制

铁元素是一些酶（如脱羧酶）的辅助营养因子，在微生物有氧呼吸中，铁离子起着重要作用。同时，铁离子是很好的化学催化剂，对细胞膜的渗透性有强化作用。

铁在溶液中的反应通常有2种情况：在偏酸性溶液中，铁发生析氢腐蚀，反应式为（1）；在偏碱性溶液中，铁发生吸氧反应，反应式见（2）。

在曝气状态下，铁的腐蚀速度加快。另外，铁的电化学性质还可使大分子物质断链开环分解成小分子中间体。

2 试验装置与流程

试验装置与流程如图1所示。试验中的原水为某小区的生活污水。铁炭填料加入反应器的好氧区。系统处理能力10L／h。

图1 厌氧－好氧－缺氧短程脱氮同步反硝化除磷工艺流程

该流程（原水一部分分流至好氧反应单元，厌氧出水一部分分流至缺氧区）运行方式的优点为：1）提高好氧反应单元游离氨的（FA）浓度，促进亚硝酸菌生长；2）有利于厌氧区磷的释放；3）有利于缺氧区聚磷菌选择适当的氧化剂实现聚磷。

试验采用的铁炭填料为螺旋状，长约50cm，其主要由零价铁和碳元素组成。铁炭填料在投入好氧处理单元之前用10%盐酸溶液浸洗活化去膜，用去离子水冲洗。

反应器内的混合液偏碱性，铁在偏碱性溶液中产生Fe（OH）2。由于铁的腐蚀导致pH升高，进而导致游离氨增加，这对亚硝酸菌的生长起促进作用，从而可在反应器内使亚硝酸盐稳定并快速积累。

3 试验结果及讨论

试验开始时是在一体化反应器好氧区中部添加金属载体床，采用底部曝气方式。随后，对曝气方式加以改进，在载体中间设置曝气装置，消除局部存在的厌氧导致污泥变黑状态，系统运行更加稳定。系统稳定后，考察对废水脱氮、除磷效果。

3．1 COD的去除

图2为投加铁炭填料前、后COD去除率的变化。投加铁炭填料之前，COD平均去除率为79．5%；投加铁炭填料之后，COD去除率有明显提高，平均达88．6%。

图2 铁炭填料对COD去除率的影响

3．2 氮的去除

图3 铁炭填料对N－N去除率的影响

图4 铁炭填料对N－N积累率的影响

3．3 磷的去除

图5为投加铁炭填料前、后总磷平均去除率的变化。

图5 铁炭填料对除磷的影响

由图5看出：投加铁炭填料前，总磷平均去除率为82．2%；投加铁炭填料后，总磷平均去除率提高到90．5%，而且出水比较稳定。这表明该工艺对总磷去除率高且稳定性能好。

4 结论

通过A／O／A工艺的快速启动，在稳定运行期间，好氧段亚硝氮的积累量稳定在5～10mg／L之间，NH＋4－N、COD、总磷去除率可分别达92%、88%、90．5%，缺氧段能够实现以亚硝酸盐作为电子受体的反硝化除磷。

金属铁载体对亚硝酸盐的积累有显著促进作用，调节pH（7．8～8．7）和DO（3～5mg／L），亚硝酸盐积累量可达45%以上。系统中存在生物反硝化除磷和化学除磷2种除磷方式，磷去除效果良好。

该系统结合短程脱氮及反硝化除磷，为城市污水脱氮除磷工艺的革新提供了新的研究方向，但是该工艺对控制条件和操作技术要求较高，还有待进一步完善。

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