短程硝化－反硝化中鐵炭填料對(duì)污水中氮、磷去除的研究

董欣楊，王智鵬，古 創(chuàng)，趙伯毅，張厚軍

（1．核工業(yè)北京化工冶金研究院，北京 101149；2．江蘇維爾利環(huán)保科技有限公司，江蘇 常州 213125）

除磷、脫氮是污水處理工藝中經(jīng)常面對(duì)的問題。除磷和脫氮同時(shí)進(jìn)行，存在泥齡、碳源供給等方面的問題，使得常規(guī)生物脫氮、除磷工藝不穩(wěn)定而且效率不高［1－2］。

鐵元素作為微生物生長的營養(yǎng)物質(zhì)之一，對(duì)生物生長和反應(yīng)有促進(jìn)作用，同時(shí)也能明顯提高污水處理效果［3－8］。催化鐵體系能夠消除隨污水進(jìn)入?yún)捬跸到y(tǒng)中的部分溶解氧，創(chuàng)造更嚴(yán)格的厭氧環(huán)境，提高除磷菌的除磷效果。

試驗(yàn)根據(jù)鐵在生物處理中的作用，研究了鐵炭填料在實(shí)現(xiàn)短程硝化同步反硝化脫氮、除磷系統(tǒng)中對(duì)亞硝酸鹽積累、COD去除、脫氮、除磷等方面的影響。

1 金屬載體促進(jìn)亞硝酸鹽積累和污水凈化機(jī)制

鐵元素是一些酶（如脫羧酶）的輔助營養(yǎng)因子，在微生物有氧呼吸中，鐵離子起著重要作用。同時(shí)，鐵離子是很好的化學(xué)催化劑，對(duì)細(xì)胞膜的滲透性有強(qiáng)化作用。

鐵在溶液中的反應(yīng)通常有2種情況：在偏酸性溶液中，鐵發(fā)生析氫腐蝕，反應(yīng)式為（1）；在偏堿性溶液中，鐵發(fā)生吸氧反應(yīng)，反應(yīng)式見（2）。

在曝氣狀態(tài)下，鐵的腐蝕速度加快。另外，鐵的電化學(xué)性質(zhì)還可使大分子物質(zhì)斷鏈開環(huán)分解成小分子中間體。

2 試驗(yàn)裝置與流程

試驗(yàn)裝置與流程如圖1所示。試驗(yàn)中的原水為某小區(qū)的生活污水。鐵炭填料加入反應(yīng)器的好氧區(qū)。系統(tǒng)處理能力10L／h。

圖1 厭氧－好氧－缺氧短程脫氮同步反硝化除磷工藝流程

該流程（原水一部分分流至好氧反應(yīng)單元，厭氧出水一部分分流至缺氧區(qū)）運(yùn)行方式的優(yōu)點(diǎn)為：1）提高好氧反應(yīng)單元游離氨的（FA）濃度，促進(jìn)亞硝酸菌生長；2）有利于厭氧區(qū)磷的釋放；3）有利于缺氧區(qū)聚磷菌選擇適當(dāng)?shù)难趸瘎?shí)現(xiàn)聚磷。

試驗(yàn)采用的鐵炭填料為螺旋狀，長約50cm，其主要由零價(jià)鐵和碳元素組成。鐵炭填料在投入好氧處理單元之前用10%鹽酸溶液浸洗活化去膜，用去離子水沖洗。

反應(yīng)器內(nèi)的混合液偏堿性，鐵在偏堿性溶液中產(chǎn)生Fe（OH）2。由于鐵的腐蝕導(dǎo)致pH升高，進(jìn)而導(dǎo)致游離氨增加，這對(duì)亞硝酸菌的生長起促進(jìn)作用，從而可在反應(yīng)器內(nèi)使亞硝酸鹽穩(wěn)定并快速積累。

3 試驗(yàn)結(jié)果及討論

試驗(yàn)開始時(shí)是在一體化反應(yīng)器好氧區(qū)中部添加金屬載體床，采用底部曝氣方式。隨后，對(duì)曝氣方式加以改進(jìn)，在載體中間設(shè)置曝氣裝置，消除局部存在的厭氧導(dǎo)致污泥變黑狀態(tài)，系統(tǒng)運(yùn)行更加穩(wěn)定。系統(tǒng)穩(wěn)定后，考察對(duì)廢水脫氮、除磷效果。

3．1 COD的去除

圖2為投加鐵炭填料前、后COD去除率的變化。投加鐵炭填料之前，COD平均去除率為79．5%；投加鐵炭填料之后，COD去除率有明顯提高，平均達(dá)88．6%。

圖2 鐵炭填料對(duì)COD去除率的影響

3．2 氮的去除

圖3 鐵炭填料對(duì)N－N去除率的影響

圖4 鐵炭填料對(duì)N－N積累率的影響

3．3 磷的去除

圖5為投加鐵炭填料前、后總磷平均去除率的變化。

圖5 鐵炭填料對(duì)除磷的影響

由圖5看出：投加鐵炭填料前，總磷平均去除率為82．2%；投加鐵炭填料后，總磷平均去除率提高到90．5%，而且出水比較穩(wěn)定。這表明該工藝對(duì)總磷去除率高且穩(wěn)定性能好。

4 結(jié)論

通過A／O／A工藝的快速啟動(dòng)，在穩(wěn)定運(yùn)行期間，好氧段亞硝氮的積累量穩(wěn)定在5～10mg／L之間，NH＋4－N、COD、總磷去除率可分別達(dá)92%、88%、90．5%，缺氧段能夠?qū)崿F(xiàn)以亞硝酸鹽作為電子受體的反硝化除磷。

金屬鐵載體對(duì)亞硝酸鹽的積累有顯著促進(jìn)作用，調(diào)節(jié)pH（7．8～8．7）和DO（3～5mg／L），亞硝酸鹽積累量可達(dá)45%以上。系統(tǒng)中存在生物反硝化除磷和化學(xué)除磷2種除磷方式，磷去除效果良好。

該系統(tǒng)結(jié)合短程脫氮及反硝化除磷，為城市污水脫氮除磷工藝的革新提供了新的研究方向，但是該工藝對(duì)控制條件和操作技術(shù)要求較高，還有待進(jìn)一步完善。

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