序批式生物膜法短程硝化的实现及过程控制_张可方

早在1975年Voet就发现在硝化过程中HNO2积累的现象并首次提出了短程硝化-反硝化生物脱氮（Shortcutnitrification-denitrification,也可称为不完全或简捷硝化-反硝化），随后国内外许多学者对此进行了试验研究。短程硝化-反硝化生物脱氮过程是经过NH4+-NO2--N2途径完成的。比传统生物脱氮过程NH4+-NO2--NO3--N2减少两步，因而它具有降低能耗、节省碳源、减少污泥生成量、占地面积小等优点。因此，它越来越受到国内外污水处理专家的重视，并成为污水生物脱氮研究领域的热点[1]。短程硝化-反硝化关键是有稳定且高效的亚硝酸盐的积累，影响亚硝酸盐积累的主要因素有游离氨(FA)浓度、溶解氧(DO)、温度、pH、污泥龄及有害物质等[2]。目前，SHARON工艺通过控制水温实现短程硝化，但对于水量较大的城市污水和工业废水来说维持30～35℃的水温几乎无法实现[3]。国内很多学者通过控制pH值、FA浓度、添加抑制剂等实现短程硝化。但在整个硝化过程中pH值是不断降低的，要使系统维持较高pH值需要投加一定量的碱，也有研究表明硝酸菌对FA存在着适应性，依靠控制游离氨浓度的短程硝化在长期运行情况下也会向全程硝化转化[4]。添加抑制剂如氯酸钠、酚等不仅增加了处理成本，还可能造成二次污染[5]。因此研究温度、pH值等正常条件下的短程硝化具有重要的现实意义。本文考察序批式生物膜反应器(SBBR)中，在pH7.0～7.5、温度为27～29℃试验条件下，通过控制DO实现并维持稳定高效的短程硝化，并探讨不同厚度生物膜对短程硝化的影响，通过在线检测DO、氧化还原电位(ORP)、pH的变化规律实现短程硝化的过程控制。1材料及方法1.1试验装置序批式生物膜反应器装置如图1所示，采用有机玻璃材料，反应器内径为15cm，有效容积15L（沉淀区容积为1.5L）。采用纤维载体挂膜。图1序批式生物膜反应器装置图Fig.1SBBRbiofilmreator����������������������1-高位水箱；2-反应器；3-自控装置；4-循环泵；5-空压机；6-填料；7-加热器；8-取样口；9-流量计；10-曝气头；11-电磁阀；12-进水管；13-出水管；14-排泥管；15-空气管序批式生物膜法短程硝化的实现及过程控制张可方，董佳驹，荣宏伟，张朝升（广州大学市政工程系，广东广州510006）摘要:在常温27～29℃、pH7.0～7.5条件下,序批式生物膜反应器短程硝化的试验表明:控制DO(2.0～3.0mg/L)和好氧时间可以实现稳定的亚硝酸盐积累。NO3--N始终在0.5mg/L以下,亚硝酸根积累率NO2--N/(NO2--N+NO3--N)大于98%;生物膜厚度影响短程硝化程度,单个膜片体积和干重较小的反应器对亚硝酸根积累量较多,氨氧化速率也较快,而两者较大的反应器对亚硝酸盐反硝化作用强,亚硝酸根积累量较少;DO和pH的这些变化规律,可以被用于判定短程硝化反应快慢速度和结束时间,实现短程硝化的过程控制。关键词:短程硝化;序批式生物膜法;氨氧化速率;过程控制中图分类号:X703.1文献标识码:A文章编号:1000-3770(2007)09-050-03投稿日期：2006-10-25基金项目：国家自然科学基金(50578044)；广东省自然科学基金(5001870)；广东省自然科学基金(5300438)；广东省科技攻关项目(2004B33301006)作者简介：张可方（1954-），女，教授级高工，主要从事污水生物处理方面的研究；联系电话：020-39366656；Email：gzdxzkf@163.com。第33卷第9期2007年9月水处理技术TECHNOLOGYOFWATERTREATMENTVol.33No.9Sep.,200750DOI:10.16796/j.cnki.1000-3770.2007.09.0121.2试验用水试验用水采用自来水加淀粉配制，并投加少量氯化氨、磷酸二氢钾、硫酸镁、氯化钙、硫酸亚铁、碳酸氢钠等，视作模拟污水。温度控制在27～29℃左右，pH7.0～7.5。表1列出模拟污水水质及检测方法。1.3试验方法本工艺的操作步序为进水-曝气反应-沉淀-出水。菌种取自广州猎德污水厂二沉池的回流污泥。生物膜培养采用好氧运行方式（历时约2个月），试验过程中进出水采用全换容方式。2结果与讨论2.1短程硝化的实现短程硝化的实现主要在于初期生物膜培养驯化阶段，加入活性污泥挂膜后，活性污泥由悬浮状态逐渐与载体接触附着生长，对附着生长的新环境存在一个适应阶段。由于亚硝酸菌最大比生长速率（0.04～0.08）大于硝酸菌最大比生长速率（0.02～0.06），因此对附着生长环境的适应也较快。试验结果显示，生物膜培养驯化近2个月后