气水比对曝气生物滤池SND的影响

气水比对曝气生物滤池SND的影响
杨长生
【摘要】The two-stage BAF process for treating municipal sewage, and the influence of air/water ratio on the treatment effectiveness of the reactors have been investigated. When the hydraulic loading for stage A is 0.81 m/h and air/ water ratio 3:1, the operational state of the reactor is analyzed when the air/water ratio for stage B is 3∶1,2∶1 and 1∶1, respectively. The results show that the reactor in stage A basically has no removal effect on TN, because the partial oxidation of NH/-N makes the mass concentration of NO2--N in the effluent range from 0.45 to 0.70
mg/L and that of NO3--N range from 26.09 mg/L to 41.04 mg/L. When the air/water ratio for stage B is 2∶1 ,the removal efficiency of TN is the best. The average removal rate is 50.02%. The content of nitrate achieves the minimum.%采用两段BAF处理城市污水,探讨了气水比对反应器处理效果的影响.在A段水力负荷为0.81 m/h、气水比为3∶1时,分析了B段气水比分别为3∶1、2∶1和1∶1时反应器的运行情况.结果表明:A段反应器对TN基本上没有去除效果,因NH4+ -N的部分氧化使得出水中NO2--N质量浓度介于0.45～0.70 mg/L 之间,NO3- -N质量浓度则介于26.09～41.04 mg/L;B段反应器气水比为2∶1时,TN的去除效果最好,平均去除率为50.02％,出水中硝酸盐含量达到最小值.【期刊名称】《工业水处理》
【年(卷),期】2011(031)008
【总页数】4页(P63-66)
【关键词】气水比;同步硝化反硝化;曝气生物滤池
【作者】杨长生
【作者单位】成都航空职业技术学院,四川成都610021
【正文语种】中文
【中图分类】X703.1
曝气生物滤池（BAF）是近30 a在欧洲发展起来的新型污水生物处理技术，能有效地去除污水中的 NH4+－N、BOD5、SS、CODCr等。

它结合了给水处理中的普通快滤池和污水处理中的生物接触氧化的设计思路，集曝气、悬浮物截留、高速过滤及定期反冲洗等特点于一体，具有高负荷、能耗低、占地少、出水水质好及工艺简单灵活等优点〔1－2〕。

BAF具有很强的硝化反硝化能力，在生物脱氮方面具有很大的优势，但对其反应机理和影响因素目前尚无深入系统的研究。

笔者通过对两级曝气生物滤池不同的气水比下BAF硝化反硝化比较与分析，证实了两级BAF中B段出现明显的同步硝化反硝化（SND）现象。

DO浓度是影响同步硝化反硝化的一个主要限制因素〔3－4〕，通过不同气水比对DO浓度实行控制的条件下，同时在生物膜的不同部位形成好氧区和缺氧区，可以实现同步硝化反硝化。

本试验利用BAF的优点，采用BAF处理城市污水，通过控制运行条件，使A段CODCr和SS得到去除，然后在B段实现脱氮，并且研究了气水比对B段反应器的SND效果的影响。

1.1 试验装置
试验装置如图1所示，采用A、B两段BAF。

以陶粒为填料，其性能参数如表1所示。

A段BAF主要是对原污水中的少部分NH4+－N及有机物进行去除，B段BAF主
要对剩余COD及NH4+－N进行去除。

两座BAF结构设计参数完全相同，主体
材料为有机玻璃，总高2.5 m、D=0.25 m，填料层高1.50 m。

底部设有反冲洗
供气管、放空管、穿孔配水管。

1.2 启动方式及挂膜
采用接种挂膜，接种液取自某污水厂原水混合液。

以曝气量15～18 L/h连续闷曝24 h后将滤柱排空，重复2次。

第3天小流量进水，有利于硝化菌的生长固定，
以滤速0.55 m/h（流量约为16 L/h）、曝气量16 L/h运行，第5天滤速增加到0.75 m/h，流量约为21 L/h、曝气量增至31 L/h。

期间对各柱DO进行检测，出水DO均在4 mg/L以上。

第26天后将滤速均增至 0.89 m/h，按气水比3∶1运行，此时对 CODCr、NH4+－N、浊度均有着很好的去除效果，将滤料表面生物
膜剥落，镜检发现生物膜中有大量丝状菌，同时有钟虫、线虫、变形虫、轮虫等微型动物。

1.3 试验方法及水质
试验用水来自某污水厂进水端配水井，其水质如表2所示。

A、B两段反应器从底部进水，气水同向，控制A段水力负荷为0.81 m/h、气水
比为3∶1，研究了相同水力负荷下 B 段气水比分别为3∶1、2∶1 和1∶1 时，反应器的运行情况。

试验中各项水质指标根据文献〔5〕中提供的标准方法进行监测。

2.1 两段 BAF 对 NO3－－N、NO2－－N 及 NH4+－N 的去除
两段 BAF 对 NO3－－N 和 NO2－－N 的去除效果见图2。

两段BAF对NH4+－N的去除效果见图3。

由图2可见，A段因NH4+－N的部分氧化，出水中亚硝酸盐质量浓度介于
0.45～0.70 mg/L，而硝酸盐质量浓度则介于26.09～41.04 mg/L。

B段出水中，亚硝酸盐质量浓度介于0.067～1.80 mg/L，硝酸盐质量浓度则介于9.57～20.02 mg/L；硝酸盐浓度随气水比的降低呈减小趋势，且在气水比为2∶1时，达到最
小值。

在气水比分别为3∶1和2∶1时，在相同的气水比条件下，水中无亚硝酸盐的积累，同时硝酸盐的含量没有增加，这说明大部分NO3－－N通过某种途径被直接反硝化去除，表现为同步硝化反硝化的特征。

当气水比为1∶1时，亚硝酸盐的含量呈增加趋势，即气水比过低时，反应器内供氧不足，尽管具备良好的反硝化条件，但硝化效果不佳，导致出水NH4+－N偏高，如图3所示，相应的TN 去除率下降，并伴有亚硝酸盐的部分累积。

且在气水比为1∶1时，出水亚硝酸盐累积最大值达到1.80 mg/L。

硝酸盐含量减小表明B段发生了反硝化作用，而亚硝酸盐累积又表明：随气水比的降低，出现了短程硝化。

通过对 BAF 反应器内 NH4+－N、NO2－－N、NO3－－N的氮量分析发现：反应器内存在大量的氮流失现象，不论进水NH4+－N值如何变化，出水NH4+－N都能保持较低的水平。

所以，虽然不同运行阶段NH4+－N的进水浓度差异较大，但出水却比较稳定，由此可以判断NH4+－N去除率和氮流失量的关系：当NH4+－N进水浓度较低时，氮流失量相应较少；而当NH4+－N进水浓度变大时，相应的氮流失量也随之增加。

对于这一现象传统的解释是：可能在生物膜内部的兼氧区发生了同步硝化反硝化作用〔6〕。

此时在异养菌的作用下以传统方式将氮化物转化成氮气而流失。

由于BAF的反硝化在生物膜内发生，而生物膜由内到外依次存在厌氧层、缺氧层、好氧层和水膜层，虽然生物膜外层有一定的溶解氧存在，氧在生物膜内层传递过程中不断被膜微生物所消耗，其内层呈缺氧状态，即使反应器存在一定浓度的溶解氧，反硝化作用仍能够高效进行。

正是由于生物膜这一特殊结构，使BAF在硝化的同时能够同时进行部分的反硝化。

A段由于CODCr 大，硝化细菌与异养菌相比属于弱势菌种（硝化菌世代周期长，比增长速率小），异养菌繁殖速率高，导致硝化菌的活跃层出现在CODCr较低的B段生物滤池。

由图3可见，A段反应器对NH4+-N的去除率较低，仅为33.05%，出水NH4+-N 平均质量浓度为 26.93 mg/L；B 段气水比为3∶1、2∶1、1∶1时 NH4+-N去除
率分别为 70.13%、65.05%、62.70%，略呈下降趋势。

这是因为在A段大量的有机物质已经被去除，在B段硝化菌的生长处于有利的位置。

在A段滤池内NH4+-N的去除主要是异养菌的同化作用以及少量的硝化作用，而在B段滤池中NH4+-N的去除主要是硝化反应的作用。

水中溶解氧充足有利于NH4+-N的氧化。

气水比是控制DO浓度的主要操作条件，DO浓度随气水比增大而增大。

根据双膜理论，氧气传递速率的大小由气液两相停滞膜的阻力决定，气水比越大，膜间传质阻力越小，生物膜内溶解氧浓度也越高，相应地提高了好氧微生物的活性和生物降解速率〔7〕。

提高DO有利于对NH4+-N的去除，因此NH4+-N去除率随气水比减小而减小。

2.2 两段BAF对TN的去除
两段BAF对TN的去除效果见图4。

总氮的去除是硝化和反硝化的总和。

由图4可见，A段反应器对TN基本上没有去除，TN的去除主要发生在 B 段，当气水比为3∶1、2∶1、1∶1 时，平均去除率分别为46.89%、50.02%和47.11%。

分析认为，由于B段反应器限制了曝气，
为同步硝化反硝化提供了有利条件，当气水比较大时，DO穿过生物膜较深，生物膜的兼氧及厌氧层薄，内部难以形成缺氧区，大量的NH4+-N被转化为NO3--N 和NO2--N，因此反硝化效果较差，TN的去除率呈降低趋势，出水TN较高；随着气水比的降低，生物膜内的厌氧层加厚，反硝化效果变好；但当气水比继续降低时，因硝化作用不彻底致使TN去除率又出现了反弹〔7〕。

2.3 两段BAF对CODCr的去除
两段BAF对CODCr的去除效果情况见图5。

由图5可见，在水力负荷为0.81 m/h下，A段负荷及气水比固定时，CODCr的
去除较稳定，平均去除率为70.97%，出水平均CODCr为80.98 mg/L；B段反
应器的气水比为3∶1、2∶1、1∶1 时，CODCr平均去除率分别为44.68%、
49.89%和41.04%，出水平均CODCr为40.96 mg/L。

由此可见，随气水比的增大，B段CODCr去除率缓慢上升，但增加到一定程度时又缓慢下降。

这是由于增大气水比，可以提高混合液DO的浓度，也增大了氧在生物膜的传递和渗透过程；增加气水比可以增大混合液的湍动程度，使生物膜表面的传质作用加快；增大气水比，空气的鼓泡作用也加强，对填料表面的生物膜冲刷作用加大，促进生物膜剥落更新，提高生物膜的活性。

但气水比不能太大，因为氧在混合液中的溶解度有限，过大的曝气量并不能持续提高DO的浓度，而且浪费能源；另外曝气量过大，加
剧了对生物膜的冲刷，不利于对污染物的截留和微生物的生长。

（1）两段 BAF处理城市污水，A段反应器对CODCr的平均去除率为70.97%，
B段反应器的气水比为3∶1、2∶1、1∶1时，CODCr平均去除率分别为44.68%、49.89%和41.04%，出水平均CODCr为40.96 mg/L。

在气水比为
2∶1时，CODCr的去除效果最好。

（2）两段BAF处理城市污水时，A段反应器主要发生氨化作用，对NH4+-N的去除率较低，仅为33.05%，对总氮基本没有去除。

在B段，主要为硝化反硝化作用，当B段气水比过高时，具备良好的硝化条件，但反硝化条件不佳；当B段气
水比过低时，具备良好的反硝化条件，但硝化效果不佳，出水NH4+-N偏高，相应总氮的去除率下降。

当B段气水比为1∶1时，伴有亚硝酸盐的部分累积，最高达到1.80 mg/L，出现短程硝化反硝化。

（3）两段BAF处理生活污水出水稳定，而且当B段反应器气水比为2∶1时，具备同步硝化反硝化的最佳条件。

实验结果表明，通过控制B段的气水比，可得到
同步硝化反硝化的最佳条件。

（4）与单级的BAF相比，两段BAF实现了脱碳、脱氮微生物的分离，使其在各
自最佳的生长环境下生长，出水水质良好。

【相关文献】
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