摘要：通過小試研究了曝氣生物濾池實(shí)現(xiàn)短程硝化反硝化的曝氣效能和機(jī)理。試驗(yàn)結(jié)果表明，生物曝氣生物濾池在濾速為1～2m/h、濾池氣水比為3∶1、程硝水溫為21～26.5℃、化反進(jìn)水COD負(fù)荷為1.18～5.57kg/(m3*d)、硝化NH3-N負(fù)荷為0.26～0.62kg/(m3*d)、機(jī)理TN負(fù)荷為0.28～0.63kg/(m3*d)的研究條件下可以取得良好的去除有機(jī)物和脫氮效果。試驗(yàn)中還發(fā)現(xiàn)，曝氣反應(yīng)器中出現(xiàn)了明顯的生物NO2-積累現(xiàn)象，并表現(xiàn)出顯著的濾池短程硝化反硝化特征，進(jìn)行機(jī)理分析后認(rèn)為曝氣生物濾池的程硝結(jié)構(gòu)特征和運(yùn)行方式是其能夠進(jìn)行短程硝化反硝化的主要原因。

關(guān)鍵詞：曝氣生物濾池 NO2-積累 短程硝化反硝化

曝氣生物濾池是化反一種新型污水生物處理技術(shù)，具有占地面積小、硝化處理效率高、機(jī)理能耗較低等特點(diǎn),可進(jìn)行模塊化應(yīng)用，在對(duì)有機(jī)物、SS和氮的去除等方面具有良好的效果[1]。

1 試驗(yàn)裝置與方法

1.1 試驗(yàn)裝置

模型曝氣生物濾池由有機(jī)玻璃加工而成，尺寸為50mm×80mm×2000mm，底部為100mm高的礫石承托層，填料選用粒徑為3～5mm的陶粒，填充高度為1600mm。承托層以上每隔150mm設(shè)一個(gè)取樣口，共設(shè)9個(gè)。進(jìn)氣口位于距底部400mm處，壓縮空氣經(jīng)曝氣擴(kuò)散器進(jìn)入反應(yīng)器。試驗(yàn)裝置見圖1。

1.2 試驗(yàn)方法

原水由淀粉、蛋白胨、牛肉膏、NH4Cl、KH2PO4、CaCl2?H2O、MgSO4.7H2O、FeSO4.7H2O、食用堿等按一定比例配制而成，其COD為86.61～424.6mg/L、NH3-N為34.3～44.38mg/L、TN為41.26～46.16mg/L、NO3--N為0～0.82mg/L、NO2--N為0～0.32mg/L、pH值為5.8～8.18、BOD5為56.31～236.45mg/L，TP為4～6mg/L。

采用下向流進(jìn)水，氣水逆向流。反應(yīng)器啟動(dòng)時(shí)投加一定量的消化污泥作為種泥，悶曝3d后改為連續(xù)流進(jìn)水，系統(tǒng)運(yùn)行15d后對(duì)COD和NH3-N的去除率分別達(dá)到75%和60%，至此標(biāo)志掛膜成功，試驗(yàn)分別在1、2m/h的濾速下進(jìn)行，氣水比為3∶1，水溫為21～26.5℃，定時(shí)測(cè)定反應(yīng)器進(jìn)、出水及曝氣處水樣的COD、NH3-N、TN、NO3--N、NO2--N、pH值、溶解氧以考察反應(yīng)器去除有機(jī)物和硝化反硝化的效能及反應(yīng)器內(nèi)含氮化合物的空間變化特點(diǎn)。分析項(xiàng)目均按標(biāo)準(zhǔn)方法進(jìn)行。采用氣水聯(lián)合反沖洗方式，按運(yùn)行時(shí)的水頭損失和處理效果確定沖洗強(qiáng)度及頻率，周期一般為24～48h。

2　結(jié)果及分析

2.1 處理效果

①NH3-N

曝氣生物濾池對(duì)NH3-N的去除效果見圖2。

由圖2可知，在進(jìn)水COD負(fù)荷為1.18～5.57kg/(m3*d)、NH3-N負(fù)荷為0.26～0.63kg/(m3*d)時(shí)，曝氣生物濾池出水的氨氮含量＜3～16mg/L，對(duì)NH3-N的平均去除率為81.4%。濾速為1、2m/h時(shí)反應(yīng)器對(duì)NH3-N的去除率沒有明顯變化，其中在運(yùn)行的第17天由于改變?yōu)V速而引起處理效率下降，但是很快在一個(gè)過濾周期內(nèi)即恢復(fù)到原有水平，這說明在一定的負(fù)荷條件下濾速對(duì)硝化的效率影響較小，但在較高濾速下的出水水質(zhì)相對(duì)更穩(wěn)定一些。

②TN

試驗(yàn)期間系統(tǒng)對(duì)TN的去除效果見圖3。

圖3系統(tǒng)對(duì)TN的去除效果由圖3可知，在進(jìn)水TN負(fù)荷為0.28～0.63kg/(m3*d)、濾速為1～2m/h的條件下，曝氣生物濾池對(duì)TN的去除率可達(dá)60%左右，出水TN為12.33～19.46mg/L。提高濾速對(duì)TN去除率有一定的影響，其原因可能是提高濾速則相應(yīng)地增加了曝氣量，從而抑制了反硝化細(xì)菌的活性。

③COD

試驗(yàn)表明，曝氣生物濾池對(duì)COD的平均去除率為79.53%，最高可達(dá)90%以上。個(gè)別水樣的COD去除率有些下降，可能是進(jìn)水COD較低的原因，而出水COD大多在50mg/L以下(最低為15.87mg/L)，說明反應(yīng)器對(duì)COD的去除效果相當(dāng)穩(wěn)定，而濾速在1～2m/h內(nèi)變化對(duì)COD的處理效果沒有影響。

④NO2-和NO3-含量的變化

曝氣處的NO2-和NO3-含量的變化見圖4。

由圖4可知，曝氣處的NO2-含量顯著高于NO3-含量，說明在反應(yīng)器內(nèi)部發(fā)生了NO2-的積累，而同期NH3-N的減少量卻明顯地高于NO2-和NO2-生成量之和，說明這一過程中發(fā)生了反硝化作用。試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，提高濾速會(huì)加快水頭損失的增加速度，相應(yīng)地增加反沖洗次數(shù)，而濾速為2m/h時(shí)的NO2-積累現(xiàn)象比濾速為1m/h時(shí)更加明顯，說明反應(yīng)器內(nèi)的NO2-積累與反沖洗有關(guān)。

試驗(yàn)表明，出水的NO3-含量幾乎為零，NO2-含量在10mg/L左右(明顯高于NO3-含量)，其與圖4的結(jié)果相比，NO2-含量減少了約5～20mg/L，可以推測(cè)減少的NO2-主要經(jīng)反硝化作用去除。上述試驗(yàn)結(jié)果表明，曝氣生物濾池在氨氧化過程中出現(xiàn)了明顯的NO2-積累現(xiàn)象，而出水中NO2-的減少并未帶來NO3-的增加，說明對(duì)TN的去除主要是通過將NH3-N氧化成NO2-，進(jìn)而由反硝化細(xì)菌將NO2-直接反硝化形成N2逸出的短程硝化反硝化途徑進(jìn)行的。

2.2 結(jié)果分析

根據(jù)傳統(tǒng)生物脫氮理論，硝化過程的產(chǎn)物主要是NO3--N，穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)不會(huì)出現(xiàn)NO2-的積累，但試驗(yàn)中對(duì)反應(yīng)器內(nèi)NO2-和NO3-含量的測(cè)定結(jié)果表明，單級(jí)曝氣生物濾池不僅在去除有機(jī)物的同時(shí)具有較好的脫氮能力，而且其機(jī)理不同于傳統(tǒng)硝化反硝化理論，此時(shí)氨氧化的產(chǎn)物主要是NO2--N，出水中NO2--N降低而NO3--N未見增加，說明大部分NO2-并沒有進(jìn)一步被氧化為NO3-，而是被直接反硝化去除，表現(xiàn)出明顯的短程硝化反硝化特征。