曝氣生物濾池的短程硝化反硝化機(jī)理研究

1、曝氣生物濾池的短程硝化反硝化機(jī)理研究              摘要：通過小試研究了曝氣生物濾池實(shí)現(xiàn)短程硝化反硝化的效能和機(jī)理。試驗(yàn)結(jié)果表明，曝氣生物濾池在濾速為12m/h、氣水比為31、水溫為2126.5、進(jìn)水COD負(fù)荷為1.185.57kg/(m3*d)、NH3-N負(fù)荷為0.260.62kg/(m3*d)、TN負(fù)荷為0.280.63kg/(m3*d)的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)，反應(yīng)器中出現(xiàn)了明顯的NO2-積累現(xiàn)象，并表現(xiàn)出顯著的短程硝化反硝化

2、特征，進(jìn)行機(jī)理分析后認(rèn)為曝氣生物濾池的結(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 曝氣生物濾池是一種新型污水生物處理技術(shù)，具有占地面積小、處理效率高、能耗較低等特點(diǎn),可進(jìn)行模塊化應(yīng)用，在對有機(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35mm的陶粒，填充高度為1600mm。承托層以上每隔150mm設(shè)一個取樣口，共設(shè)9個。進(jìn)氣口位于距底部400mm處，

3、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86.61424.6mg/L、NH3-N為34.344.38mg/L、TN為41.2646.16mg/L、NO3-N為00.82mg/L、NO2-N為00.32mg/L、pH值為5.88.18、BOD5為56.31236.45mg/L，TP為46mg/L。 采用下向流進(jìn)水，氣水逆向流。反應(yīng)器啟動時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COD

4、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31，水溫為2126.5，定時測定反應(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2448h。 2結(jié)果及分析 2.1 處理效果 NH3-N 曝氣生物濾池對NH3-N的去除效果見圖2。 由圖2可知，在進(jìn)水COD負(fù)荷為1.185.57kg/(m3*d)、NH3-N負(fù)荷為

5、0.260.63kg/(m3*d)時，曝氣生物濾池出水的氨氮含量316mg/L，對NH3-N的平均去除率為81.4%。濾速為1、2m/h時反應(yīng)器對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)荷條件下濾速對硝化的效率影響較小，但在較高濾速下的出水水質(zhì)相對更穩(wěn)定一些。 TN 試驗(yàn)期間系統(tǒng)對TN的去除效果見圖3。 圖3系統(tǒng)對TN的去除效果由圖3可知，在進(jìn)水TN負(fù)荷為0.280.63kg/(m3*d)、濾速為12m/h的條件下，曝氣生物濾池對TN的去除率可達(dá)60%左右，出水TN為12.3319.46mg/

6、L。提高濾速對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。 COD 試驗(yàn)表明，曝氣生物濾池對COD的平均去除率為79.53%，最高可達(dá)90%以上。個別水樣的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COD的去除效果相當(dāng)穩(wěn)定，而濾速在12m/h內(nèi)變化對COD?(此 資 料 轉(zhuǎn) 貼 于 ) 拇硇揮杏跋臁?NO2-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

7、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時的NO2-積累現(xiàn)象比濾速為1m/h時更加明顯，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520mg/L，可以推測減少的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TN

8、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)行時不會出現(xiàn)NO2-的積累，但試驗(yàn)中對反應(yīng)器內(nèi)NO2-和NO3-含量的測定結(jié)果表明，單級曝氣生物濾池不僅在去除有機(jī)物的同時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。 3短程硝化反硝化 含氮化合物的空間變化 試

9、驗(yàn)期間對曝氣生物濾池內(nèi)各種不同含氮化合物含量沿水流方向的空間變化進(jìn)行了研究，采樣時間為反沖洗后6h、水                              溫為22、氣水比為31，試驗(yàn)結(jié)果見圖5。 由圖5可知，NH3-N的減少與NO2-的增加表現(xiàn)出一定的相關(guān)性，但在數(shù)量上卻沒有表現(xiàn)出穩(wěn)定的同步變化，與此同時的NO

10、3-含量幾乎沒有變化(數(shù)量低且變化趨勢平穩(wěn))。從進(jìn)水到0.7m深的濾層處NH3-N的減少量稍高于NO2-和NO3-的生成量，隨后NH3-N量急劇下降，而NO2-的增幅卻明顯低于NH3-N減少量；到1m深的濾層處及往后的變化比較平穩(wěn)，而NO2-的含量在11.3m深的濾層處也達(dá)到了最大值，隨后表現(xiàn)出與NH3-N降低相一致的變化趨勢。由圖5可以得出兩點(diǎn)結(jié)論：a.曝氣生物濾池對NH3-N的去除主要集中于0.71m深的濾層處，另外在0.40.7m深的濾層和1.3m深的濾層以上也有一定的去除；b.NH3-N被氧化的主要產(chǎn)物是NO2-N，但NO2-N并沒有進(jìn)一步被氧化為NO3-N，而是直接被反硝化去除。在曝

11、氣處(1.3m深的濾層處)附近區(qū)域出現(xiàn)明顯的NO2-積累現(xiàn)象，但在反應(yīng)器的最下段又急劇下降，說明該區(qū)域氨氧化過程比較活躍，而NO2-氧化和反硝化能力較低主要是受曝氣作用所帶來的溶解氧濃度和? ,曝氣生物濾池的短程硝化反硝化機(jī)理研究(3) 閃髑慷缺浠撓跋臁?短程硝化反硝化機(jī)理 近來的研究表明2、3，在一定條件下生物反應(yīng)器可以進(jìn)行短程硝化反硝化脫氮，即控制硝化過程至產(chǎn)生NO2-階段，然后再由NO2-直接還原為N2逸出，或在厭氧或缺氧條件下由NO2-與NH3-N作用形成N2，實(shí)現(xiàn)反硝化脫氮。試驗(yàn)期間發(fā)現(xiàn)的反應(yīng)器中NO2-積累現(xiàn)象和較高的脫氮效能說明在曝氣生物濾池中產(chǎn)生了短程硝化反硝化作用，而曝氣生物

12、濾池獨(dú)特的結(jié)構(gòu)特征和運(yùn)行特點(diǎn)是其能夠進(jìn)行短程硝化反硝化脫氮的根本原因。曝氣生物濾池采用陶粒作為過濾和生物氧化的介質(zhì)和載體，進(jìn)水沿填料推流而下，但在填料空隙間則為局部紊流，因而在整體上和每一單元填料表面所附著生物膜中都存在著基質(zhì)和溶解氧的濃度梯度分布，也為各種不同生態(tài)類型的微生物在生物膜內(nèi)不同部位占據(jù)優(yōu)勢生態(tài)位提供了條件。 4結(jié)論 同步脫氮除碳曝氣生物濾池在濾速為12m/h、氣水比為(13)1、水溫為2126.5、進(jìn)水COD負(fù)荷為1.185.57 kg/(m3*d)、NH3-N負(fù)荷為0.260.62kg/(m3*d)、TN負(fù)荷為0.280.63kg/(m3*d)的條件下可以取得良好的去除有機(jī)物和

13、脫氮效果，其COD、NH3-N和TN的去除能力分別為0.74.76、0.150.52和0.180.42kg/(m3*d)，表現(xiàn)出較強(qiáng)的同步除碳和脫氮能力。 曝氣生物濾池運(yùn)行過程中出現(xiàn)了明顯的NO2-積累現(xiàn)象，而出水連續(xù)檢測和在反應(yīng)器內(nèi)不同部位取樣分析均未發(fā)現(xiàn)NO3-N的相應(yīng)增加，與此同時對TN去除率卻較高， 說明NH3-N被氧化為NO2-N后并沒有進(jìn)一步被氧化為NO3-N，而是直接被反硝化去除，表現(xiàn)出顯著的短程硝化反硝化特征。 曝氣生物濾池能夠進(jìn)行短程硝化反硝化脫氮的原理在于其獨(dú)特的結(jié)構(gòu)特征和運(yùn)行方式。陶粒填料為異養(yǎng)菌、自養(yǎng)菌和反硝化細(xì)菌分別占據(jù)不同生態(tài)位、形成合理的微環(huán)境體系提供了有效的載體，較低的曝氣量和定期反沖洗又使得競爭能力較弱的NO2-N氧化細(xì)菌不能在反應(yīng)器內(nèi)形成優(yōu)勢群體而被自然淘汰，因而氨氧化產(chǎn)生的NO2-N可直接被反硝化去除。 有關(guān)曝氣生物濾池短程硝化反硝化的機(jī)理、作用因子及