序批式生物膜法的脱氮特性及机理研究

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1、序批式生物膜法的脱氮特性及机理研究　　　生物膜法具有单位体积生物量大、抗冲击能力强、污泥易于沉淀、运行管理方便以及省能的优点。同时微生物呈固着态，有利于将微生物保持在反应器内和优势菌属的培养。在研究序批式生物膜法工艺时，笔者发现该工艺具有很好的同步脱氮作用[1]。因此有必要就序批式生物膜法工艺中所表现出来的脱氮特性和机理做进一步的探讨。1试验方法1.1试验装置　　试验装置如图1所示。试验所用反应器用有机玻璃制成，内径15cm，反应器内有效容积18L，其中沉淀池2L。试验进水的TP平均为10.0mg/L、TN平均为37.7mg/L、COD为370.0mg/L，温

2、度为25℃，好氧状态的DO平均为5.5mg/L。装填密度应是纤维载体上生物膜成熟后，膜与载体所占容积与整个反应器容积之比。本实验分别做了最大装填密度37.5％、实用装填密度30％以及较低装填密度22.5％的对比实验后，确定较适宜的装填密度为30％。此时，反应器中的纤维载体的比表面积为2.66m2/L。生物膜培养采用A/O交替运行方式历时3个月，菌种取自一般活性污泥工艺。试验稳态运行工况为淹没序批式生物膜法工艺的运行工况[1]，即每一SBR周期为9h，其中厌氧段3h、好氧段6h。1.2原生污水和主要分析方法　　原生污水用自来水加蛋白胨配制，配制时还投加少量氯化铵

3、、硫酸镁、磷酸二氢钾、氯化钙、氯化钠等，配制后水质如表1所示。COD，重铬酸钾法；TN，过硫酸钾-紫外分光光度法；NH4+-N，纳氏试剂光度法；NO3--N、NO2--N，离子色谱法；TP，过硫酸钾氯化亚锡还原光度法。表1原生污水水质表水质指标CODTNNH4+-NNO3--NNO2--NTPSPPH碱度BOD5浓度，mg/L250-40030-6010-200.20.18-107-97.3380-440180-3002试验研究2.1厌、好氧时段内各形态氮浓度的变化　　为考察厌、好氧时段内各形态氮浓度的变化，笔者测定了进水后厌氧3h、再好氧17h的各形态氮浓度

4、的变化曲线，见图2。试验中，以试验条件改变后运行2周后的水样为试样，各浓度值为连续2周试验数据的平均值。由图2可见，在厌氧段TN下降、NH4+-N上升，TN去除率为34.3%；NH4+-N在好氧开始后6小时内已低于1mg/L，硝化基本完成,同时也可看到此时好氧时段内脱氮率为进水TN的22.3%,总脱氮率达56.6%。过长的好氧时间只是把余下的氮转化为NO3--N，而总脱氮率几乎没有提高。2.2进水ＣＯＤ负荷的影响　　试验中，采用4种COD进水负荷考察COD和各形态氮的变化规律，见图3至图7。　　由图3可知，软性填料序批式生物膜可承受较高的COD负荷的增长，且在

5、厌氧段有较高的COD吸收速率，COD负荷越高，其COD吸收速率也就越高。厌氧段COD吸收值在进水负荷1.32kgCOD/（m3.d）(相应进水COD浓度为496.8mg/L)时为212.5mg/L，而在进水负荷1.00kgCOD/（m3.d）（相应进水COD浓度为375.0mg/L）时为203.1mg/L，这说明在进水负荷为1.00kgCOD/（m3.d）时，厌氧段COD吸收值已趋于极大值，对COD吸收达到极大值表明不是所有的有机物都可以做为细胞中的合成物质和储藏物质。所以笔者确定该工艺适宜进水COD负荷为0.27－1.32kgCOD/（m3.d）。　　图4为

6、4种COD进水负荷时NO3--N变化曲线，随着COD进水负荷的提高，发生硝化的时间往后推移。图5为4种COD进水负荷时NO2--N变化曲线，NO2--N产生后要达到一个峰值，随着COD进水负荷的提高，产生峰值的时刻后移。在COD进水负荷1.00kgCOD/（m3.d）时，出水NH4+-N为0.40mg/L，在COD进水负荷增加到1.32kgCOD/（m3.d）时，出水NH4+-N达1.47mg/L。图7、为4种COD进水负荷时TN去除率。可见，进水COD负荷为0.27－1.32kgCOD/（m3.d）时都有较好的硝化、脱氮效果。3厌氧段过量储存脱氮机理探讨3.

7、1生物膜的吸附作用　　生物膜的表面是高度活性的、具有巨大的截留和吸附能力,可吸附混合液中的颗粒、胶体物质和溶解性物质，因而生物膜中除异氧菌、自养硝化菌和原生动物外还有使细胞得以凝聚在一起的胞外多聚糖类物质，附着在生物膜絮体表面的溶解态、悬浮态、胶体态的有机物，微生物的代谢残留物及进水中不可降解的组份等。许多低分子溶解性有机物可被微生物细胞通过主动运输、辅助运输、单纯扩散机制直接吸收，溶解性大分子有机物、悬浮物和胶体物质虽然难以直接穿过细胞壁进入细胞内，但可以吸附在细胞表面然后经胞外酶的水解作用转化为可传递到胞内的溶解性有机物，因而生物膜的吸附作用对有机物的去除

8、是非常重要的。3.2储存代谢机理　　由