一體化生物膜技術處理農(nóng)村生活污水試驗分析

余曉敏

摘 要：主要對一體化生物膜技術在處理農(nóng)村生活污水的試驗中的應用進行了分析，以期能為有關方面的需要提供有益的參考和借鑒。

關鍵詞：農(nóng)村生活污水；一體化生物膜技術；反硝化反應；有機物

中圖分類號：X703 文獻標識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2015.15.087

文章編號：2095-6835（2015）15-0087-02

農(nóng)村生活污水處理是將生活污水中的有害物質和污染環(huán)境成分清除、降解，作無害處理。但由于農(nóng)村居住分散、水量小，管網(wǎng)設施落后，對生活污水進行集中處理有一定的難度，所以需要進行分散處理，就地利用新技術、新工藝。

1 試驗部分

1.1 試驗裝置與運行工況

一體化生物膜污水處理裝置由玻璃鋼制成，采用一體化一次加工成型。裝置分為4個格室，待處理污水由配水池提升至水解酸化池后，依次經(jīng)過缺氧/好氧池、局部循環(huán)曝氣池和斜管沉淀池再外排。各反應單元有效容積分別為340 L、650 L、500 L、102 L。各單元有效容積長、寬、高分別為：水解酸化池500 mm×850 mm×1 200 mm，缺氧/好氧池1 000 mm×850 mm×1 200 mm，局部循環(huán)曝氣池800 mm×850 mm×1 200 mm，斜管沉淀池300 mm×850 mm×1 200 mm。

局部循環(huán)曝氣池內填料填充率為60%，掛膜后密度約為1 g/cm3。缺氧池中未添加任何填料，主要原因是水解酸化池出水含有大量雜物，缺氧池前段又肩負著排泥的功能，為保證缺氧區(qū)正常運行，沒有設置任何填料。初沉污泥主要由水解酸化池底部的泥斗定期排出，好氧污泥由好氧區(qū)后端池底部泥斗排出，并有效控制缺氧、好氧段污泥濃度。

具體工作情況為：污水由配水箱經(jīng)潛水泵提升至水解酸化池內，進水量為300 L/d，進水模式分為早、中、晚3個時段，由時間繼電器控制。其中，早晨和中午各進水75 L、晚上進水150 L，生物反應區(qū)相應HRT約為4 d。好氧反應區(qū)24 h連續(xù)供氧，由電磁式空氣壓縮機提供動力，曝氣量為48 L/min，DO濃度控制在2～4 mg/L。試驗結束調試，進入穩(wěn)定運行期時，斜管沉淀池開始有泥水混合液回流至缺氧池，與進水交替運行并間歇回流。每隔2 h回流6 min，每次回流量約為100 L，由潛水泵控制，回流比為4∶1. 水解酸化池排泥周期為4 h，缺氧/好氧池排泥周期為4 h，每次排泥時間均為1 min，由時間繼電器和電磁閥聯(lián)合控制。

1.2 試驗用水與污泥

裝置從2010-11加工完成后，清水浸泡3個月，期間換水3次，于2011-02進入啟動調試階段。接種污泥為當?shù)匚鬯幚韽S濃縮池的脫水污泥，經(jīng)過3個月的馴化、掛膜、調試，系統(tǒng)進入穩(wěn)定狀態(tài)。于2011-05開始分析，每周取樣1次，連續(xù)監(jiān)測30周。試驗期間進水采用實驗室配制的模擬污水，配制方法為：1 t自來水中加入牛肉膏45 g、蛋白胨150 g、葡萄糖600 g、（NH4）2SO4 60 g、K2HPO4 30 g、MgSO4 30 g、CaCO3 15 g和NaCl 7.5 g。主要污染物指標為ρ（COD）：249.5～930 mg/L；ρ（BOD5）：166～536 mg/L；ρ（NH3-N）：21.1～44.6 mg/L；ρ（TN）：79.3～113.5 mg/L；ρ（NO3--N）：0.44～5.47 mg/L；pH：6.5.

2 試驗結果與討論

本次試驗為期30周，通過COD、BOD5、NH3-N、TN和NO3--N各項指標的監(jiān)測、分析，總結其運行規(guī)律，并對可能影響其運行效果的因素進行分析。重點考察各反應區(qū)碳源利用效率與氮脫除的相關性。因為是配制的生活污水，因此沒有考慮懸浮物指標。

2.1 對有機物的去除效果

出水COD平均質量濃度為51.1 mg/L，平均去處理率為89.1%，運行期間BOD5平均去除率為94.4%，出水BOD5質量濃度為15.5 mg/L。一體化生物膜工藝對生物降解有機物的去除效果良好，水解酸化池的主要功能是將大分子的碳源水解為小分子有機物或無機物，為缺氧段提供大量可直接利用的碳源，加快了生物反應進程，從數(shù)據(jù)上也可以證明此分析。

2.2 對TN的去除能力分析

活性污泥反應系統(tǒng)中氮循環(huán)的傳統(tǒng)理論認為，氮在新鮮污水中的主要存在形式——有機氮將首先被氨化菌分解成氨態(tài)氮，此過程需要有機物作為碳源和能量來源，之后在一系列自養(yǎng)硝化細菌的作用下，氨態(tài)氮進一步氧化分解為亞硝態(tài)氮和硝態(tài)氮。而氮的真正去除則依賴反硝化過程，此階段反硝化細菌以硝態(tài)氮和亞硝態(tài)氮為電子受體，在無氧條件下將硝態(tài)氮和亞硝態(tài)氮還原為氣態(tài)氮排出系統(tǒng)，實現(xiàn)氮的脫除。

具體分析如下：每天污水分3個時段瞬時進入系統(tǒng)。出水TN平均去除率為83%，出水TN平均質量濃度為16.9 mg/L。說明大部分氮被反硝化去除，在系統(tǒng)中存在硝化和反硝化作用。但出水全氮平均濃度高于BOD5平均濃度，而進水的BOD5/TN平均值為294.3/35.9，約等于8.2，應具有較好的脫氮條件，但實際運行情況并沒有達到預期脫氮效果。分析原因，可能是瞬時回流量過大，缺氧區(qū)前端形成非缺氧環(huán)境，有機物被異氧微生物利用，污水再進入缺氧區(qū)后段時，BOD5/TN發(fā)生較大的變化，導致系統(tǒng)中碳源不足，脫氮效率降低。

2.3 進水和出水NO3--N的濃度變化

反硝化反應是將硝酸鹽或亞硝酸鹽還原為氮氣或氮氧化物的過程，反應在無分子氧狀態(tài)下實現(xiàn)。反硝化細菌包括假單胞菌屬、反硝化桿菌屬、螺旋菌屬和無色桿菌兼性菌，在溶解氧極低的環(huán)境下可以利用硝酸鹽或亞硝酸鹽作為電子受體，O2-作為受氫體生成H2O和OH-堿度，有機物作為電子供體提供能量并得到穩(wěn)定化。反硝化過程中，亞硝酸鹽和硝酸鹽的轉化是通過反硝化細菌的同化作用和異化作用來完成的。異化作用就是將NO2-和NO3-還原為NO、N2O、N2等氣體物質，主要是N2。異化作用去除的氨一般占總去除量的70%～75%.而同化作用是反硝化菌將NO2-和NO3-還原為NH4+，供新細胞合成使用，

使氮成為細胞質的成分。

NO3--N的去除是污水中氮濃度降低的直接因素，只有經(jīng)過反硝化細菌作用，水中的氮才能得以去除。在生物處理系統(tǒng)中，異氧細菌的缺氧生長是由于沒有自由態(tài)的氧而以硝態(tài)氮作為電子最終受體的一種替代式生長模式。具體到本系統(tǒng)，厭氧水解出水直接進入缺氧區(qū)為反硝化作用提供了大量可直接利用的碳源。如圖1所示，出水的NO3--N質量濃度平均達13.2 mg/L，占到出水TN的78.1%，說明反硝化不完全。分析原因可能是瞬間回流比過大，使缺氧區(qū)前端出現(xiàn)分子氧，異氧微生物直接以分子氧作為電子受體，利用有機物使反硝化過程受阻。

2.4 對NH3-N的去除能力分析

NH3-N的去除主要通過硝化細菌的硝化作用實現(xiàn)。硝化細菌為自養(yǎng)菌，利用無機碳化合物如CO2、CO32-、HCO3-等作為碳源，通過與NH3、NH4+的氧化反應來獲得能量。硝化過程需要提供大量的溶解氧才能完成，是典型的好氧反應。

根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)如圖2所示，NH3-N平均去除率為89.8%，出水NH3-N平均質量濃度為3.53 mg/L。由數(shù)據(jù)推斷局部循環(huán)曝氣池中硝化細菌占據(jù)絕對優(yōu)勢，實現(xiàn)了氨氧化，表明大量的碳源進入缺氧區(qū)后被消耗殆盡，沒有多余的碳源進入局部循環(huán)曝氣池，使好氧區(qū)中硝化細菌和亞硝化細菌等自養(yǎng)微生物成為生物主體。

3 結束語

綜上所述，本文通過結合具體的試驗對一體化生物膜技術處理農(nóng)村生活污水作了詳細的闡述和深入的分析，旨在為更好地處理農(nóng)村生活污水提供有益的建議，相信經(jīng)過對生物膜技術的不斷應用和完善，農(nóng)村生活污水的處理將會有極大進步。

參考文獻

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[2]姜蘇，周集體，郭海燕，等.一體化A/O生物膜反應器脫氮特性研究[J].環(huán)境科學與技術，2005（02）.

〔編輯：王霞〕