曹堂斌

摘要采用模擬工地污水進(jìn)行研究，通過改變反應(yīng)器的工藝參數(shù)，包括進(jìn)水COD濃度、水力停留時(shí)間（HRT）和溶解氧（DO）等，考察各因素對(duì)反應(yīng)器脫氮效果的影響，并綜合考慮經(jīng)濟(jì)性原則，尋求最優(yōu)化的工藝參數(shù)。結(jié)果表明，進(jìn)水COD濃度在190～220 mg/L范圍內(nèi)有利于反硝化作用和TN的去除。HRT的延長有助于系統(tǒng)內(nèi)硝化菌群的代謝，當(dāng)HRT為6 h時(shí)，NH+4N、TN去除率可維持較高水平。DO宜保持在2.5～3.5 mg/L之間，可保證出水穩(wěn)定的前提下盡量降低DO值，以使反應(yīng)器能耗降低。

關(guān)鍵詞COD濃度；水力停留時(shí)間；溶解氧；脫氮效果；參數(shù)優(yōu)化

中圖分類號(hào)S181.3；X703.1文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼

A文章編號(hào)0517-6611（2014）36-13005-02

Abstract Study with harbour district wastewater， by changing the technological parameters including influent COD concentration， HRT and DO， the effects of these factors on the decontamination efficiency were investigated. Further， the most optimal process parameters were obtained by considering the principle of economy. The results indicate that the 190-220 mg/L COD was conducive to denitrification and TN removal. To extend HRT could help nitrifying bacteria metabolic， NH+4N and TN maintained a higher level in 6 h HRT. DO should be maintained between 2.5-3.5 mg/L， which could minimize the DO and guarantee the effluent stability in order to reduce the energy consumption.

Key words COD concentration； HRT； DO； Decontamination efficiency； Parameters optimization

現(xiàn)代工程項(xiàng)目正在朝著大型化、規(guī)模化、現(xiàn)代化的方向發(fā)展，各大城市工程工地的數(shù)量呈指數(shù)級(jí)倍增[1]。目前，工地及施工中產(chǎn)生的生活污水、各類廢水及雨水一般以排入城市污水管網(wǎng)為主，這種模式管理簡單，但由于工地用水量巨大，該模式凸顯出經(jīng)濟(jì)性方面的不足[2]。另外，一些建筑工地位于城市郊區(qū)，城市排水管網(wǎng)尚未覆蓋[3]。從經(jīng)濟(jì)性及實(shí)用性角度看，探討一種適用于施工工地的污水處理工藝是十分必要的，并且該工藝可在項(xiàng)目建成后承擔(dān)一定的中水回用功能。

曝氣生物濾池（Biological Aerated Filter，BAF）是通過其中填料上的微生物進(jìn)行初步降解降低SS及COD、氮、磷等有機(jī)物[4]。其集生物氧化和截留懸浮固體于一體，節(jié)省了后續(xù)二次沉淀池，占地小，實(shí)現(xiàn)污染物在同一單元反應(yīng)器內(nèi)去除，在保證處理效果的前提下使處理工藝簡化，已在小規(guī)模污水處理領(lǐng)域取得了廣泛應(yīng)用[5]。針對(duì)BAF的工藝特點(diǎn)，該研究探討B(tài)AF工藝在小型工業(yè)園區(qū)一般工業(yè)廢水及生活污水處理應(yīng)用中BAF反應(yīng)器最佳工況參數(shù)的優(yōu)化與確定。

1材料與方法

1.1試驗(yàn)裝置及運(yùn)行條件

裝置啟動(dòng)器采用間歇進(jìn)水方式，操作步驟為：進(jìn)水—曝氣反應(yīng)—出水。利用蠕動(dòng)泵從反應(yīng)器下端一次性進(jìn)水10 L，待反應(yīng)結(jié)束后，從反應(yīng)器下端排泥口排水，由于填料上的微生物呈固著態(tài)，因此每個(gè)周期經(jīng)處理過的污水幾乎可以完全排盡，提高了池容的利用率。啟動(dòng)期維持反應(yīng)器內(nèi)DO在2～4 mg/L，溫度20～22 ℃。曝氣生物濾池小試裝置示意圖見圖1。

1.3分析項(xiàng)目及方法

COD、氨氮（NH+4N）、亞硝氮（NO-2N）、硝氮（NO-3N）、總氮（TN）的測定采用標(biāo)準(zhǔn)方法[6]。溶解氧（Dissolved Oxygen，DO）的測定采用美國HACH公司LDOTM型便攜式溶氧儀。

2結(jié)果與分析

2.1進(jìn)水COD對(duì)脫氮效果的影響

由圖2可以看出，進(jìn)水COD濃度的增加，有利于同步硝化反硝化的進(jìn)行，NH+4N濃度均隨著進(jìn)水COD濃度的增加呈緩慢下降趨勢。進(jìn)水COD濃度由100 mg/L升高到190 mg/L的過程中，TN出水濃度降低幅度明顯。而隨著COD濃度的進(jìn)一步升高，TN出水濃度降低不明顯。分析認(rèn)為，在碳源充足時(shí)，易于異養(yǎng)菌的大量繁殖，異養(yǎng)菌在污水COD濃度越高時(shí)與硝化菌競爭的優(yōu)勢越明顯，因此硝化菌增殖受到抑制[7]。

一些研究都提到增加進(jìn)水COD值能提高反硝化效率，出水中NO-3N及NO-2N濃度的顯著下降試驗(yàn)也證明了這一點(diǎn)。當(dāng)C/N較小時(shí)，出水硝態(tài)氮濃度較高，而且當(dāng)硝化反應(yīng)進(jìn)行到后期時(shí)，反應(yīng)器內(nèi)溶解氧會(huì)有一定升高，從而抑制了反硝化的進(jìn)行[8]。因此，過多的硝態(tài)氮要快速又完全地進(jìn)行反硝化是不可能的。對(duì)于處理實(shí)際污水的情況中，為保證出水TN符合排放標(biāo)準(zhǔn)，在進(jìn)水C/N值較低時(shí)應(yīng)采用一定控制措施，如對(duì)進(jìn)水水質(zhì)進(jìn)行控制，冬季污水中COD過低時(shí)（<100 mg/L），應(yīng)適當(dāng)投加部分碳源。

2.2HRT對(duì)脫氮效果的影響

HRT是污水生物處理工藝中最重要的設(shè)計(jì)參數(shù)之一，它直接影響到反應(yīng)器池容的大小及工藝效果[9]。在整個(gè)脫氮過程中，硝化效果的好壞，直接影響到脫氮的效果，因此在進(jìn)行HRT試驗(yàn)中，不能一味地追求TN的去除率，而是要綜合考察HRT對(duì)NH+4N及TN的去除的影響。

由圖3中可以看出，反應(yīng)器表現(xiàn)出良好的同步硝化反硝化特性，TN隨曝氣反應(yīng)的進(jìn)行逐漸減少，最后隨著碳源的耗盡逐漸趨于平衡。NO-2N及NO-3N在NH+4N降到最低之前隨時(shí)間逐漸升高，之后則逐漸降低，如果后續(xù)的曝氣時(shí)間足夠長，NO-2N會(huì)降至零。開始6 h內(nèi)NH+4N及TN值迅速下降，6 h以后下降趨勢變緩，NH+4N濃度維持在5 mg/L左右，TN濃度維持在15 mg/L左右。由圖3還可以看出，即使再延長反應(yīng)時(shí)間，也只能將余下的氨氮轉(zhuǎn)化為NO-xN，而TN的去除率沒有太大的提高，因此試驗(yàn)將HRT定為6 h。另一方面，在實(shí)地工程的設(shè)計(jì)及應(yīng)用中，反應(yīng)器的體積隨HRT的增加而加大，使基建費(fèi)用升高，也意味著運(yùn)轉(zhuǎn)過程中將消耗更多的能量，最終導(dǎo)致單位處理成本的提高[10]。

2.3溶解氧（DO）對(duì)脫氮效果的影響

溶解氧是決定污水處理反應(yīng)器脫氮效果的最關(guān)鍵因素之一[7]，圖4為在控制不同DO情況下反應(yīng)器的脫氮效果。由圖4可以看出，反應(yīng)器出水NH+4N濃度值隨DO濃度增加呈顯著下降趨勢，TN呈先下降后上升趨勢，其中在DO=1.5～3.0 mg/L時(shí)TN出水值達(dá)到最低。當(dāng)DO超過4.0 mg/L后，出水TN值陡然升高。NO-3N濃度變化范圍較小，DO超過3.5 mg/L后NO-3N有小幅升高，說明反應(yīng)器內(nèi)反硝化作用受到抑制，硝化菌出現(xiàn)積累現(xiàn)象。而由于反應(yīng)器內(nèi)曝氣強(qiáng)度越來越大，NO-2N被氧化越來越完全，DO>5.0 mg/L時(shí)，反應(yīng)器內(nèi)已基本檢測不到NO-2N。

從上述現(xiàn)象分析，DO濃度對(duì)同步硝化反硝化影響較大。曝氣濾池內(nèi)填料表面形成的生物膜系統(tǒng)受反應(yīng)器內(nèi)水流剪切力的重要影響，適宜的水流剪切作用才能維持生物膜的更新和持續(xù)生長[11]。曝氣是剪切力的主導(dǎo)動(dòng)力來源，因此，反應(yīng)器內(nèi)的DO控制不僅要滿足微生物的需氧要求也要滿足生物膜的更新要求。試驗(yàn)表明，在DO>4.0 mg/L時(shí)，出水TN濃度升高趨勢明顯，這是由于DO濃度過高使得生物膜周圍及內(nèi)部缺氧微環(huán)境遭到破壞，影響到了反硝化效果，而DO<1.5 mg/L時(shí)，出水TN出水濃度也較高，這是因?yàn)镈O濃度低，硝化效果受到抑制。同時(shí)，DO濃度較低也會(huì)影響生物膜的更新，老化的生物膜無法脫落將導(dǎo)致生物膜活性下降，影響其生物降解功能[12]。在實(shí)際的運(yùn)行當(dāng)中，綜合考慮NH+4N及TN的去除效果，建議將DO控制在偏低水平，DO宜保持在2.5～3.5 mg/L之間，另一方面，在保證出水穩(wěn)定的前提下應(yīng)盡量降低DO濃度，以使反應(yīng)器能耗大幅度降低。

3結(jié)論

試驗(yàn)確定了曝氣生物濾池反應(yīng)器的脫氮效果在進(jìn)水COD、HRT、溶解氧影響下的變化規(guī)律，并綜合考慮經(jīng)濟(jì)性原則，確定了上述控制參數(shù)在曝氣生物濾池處理實(shí)際港區(qū)污水中的適宜范圍，建議控制最佳進(jìn)水COD濃度范圍為190～220 mg/L，最佳HRT為6 h，最適宜DO范圍為2.5～3.5 mg/L。

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