李軍 李媛
北京工業(yè)大學(xué)建筑工程學(xué)，北京，100022

0 前言

　　生物膜法具有單位體積生物量大、抗沖擊能力強、污染易于沉淀、運行管理方便以及省能的優(yōu)點。同時微生物呈固著態(tài)，有利于將微生物保持在反應(yīng)器內(nèi)和優(yōu)勢菌屬的培養(yǎng)。在研究序批式生物膜法工藝時，筆者發(fā)現(xiàn)該工藝具有很好的同步脫氮作用。因此有必要就序批式生物膜法工藝中所表現(xiàn)出來的脫氮特性和機(jī)理做進(jìn)一步探討。

1 研究方法

　　試驗裝置如圖1所示。試驗所用反應(yīng)器有機(jī)玻璃制成，內(nèi)徑15cm，反應(yīng)器內(nèi)有效容積18L，其中沉淀池2L。溫度為25℃，好氧狀態(tài)的DO平均為5.5mg/L。裝填密度為30%。生物膜培養(yǎng)采用A/O交替運行方式歷時3個月，菌種取自一般活性污染工藝。試驗穩(wěn)態(tài)支行工兌每一SBR周期9h，其中太原市氧段3h、好氧段6h。試驗中，以試驗條件改變后運行2周后的水樣為試樣，各濃度值為邊連續(xù)2周后的水樣為試樣，各濃度值為邊連續(xù)2周試驗數(shù)據(jù)的平均值。原生污水水質(zhì)如表1所示。COD，重笱酸鉀法；TN，過硫酸鉀-紫外分光光度法；NH⁺₄-N，納氏試劑光度法；NO^-₃-N　NO^-₂-N，離子色譜法：TP，過硫酸鉀氯化亞錫還原光度法。

表1 原生污水水質(zhì)表 水質(zhì)指標(biāo) COD TN NH⁺₄-N NO⁺₂-N NO^-₃-N TP SP PH 堿度 BOD5 濃度,mg/L 250-400 30-60 10-20 0.2 0.1 8-10 7-9 7.3 380-440 180-300

2 結(jié)果與討論

　　2.1 厭、好氧時段內(nèi)各形態(tài)氮濃度的變化。為考察、厭、好氧時段內(nèi)各形態(tài)氮濃度的變化，筆者測定了進(jìn)水后太原市氧3h、再好氧17h的各形態(tài)氮濃度的變化曲線，見圖2。由圖2可見，在太原市氧段TN下降、NH⁺₄-N上升，TN去除率為34.3%；NH⁺₄-N在好氧開始后6小時內(nèi)已低于1mg/L，硝化基本完成，同時也可看到此時好氧時段內(nèi)脫氮率為進(jìn)水TN的22.3%，總脫氮率達(dá)56.6%。過長的好氧只是把余下的氮轉(zhuǎn)化為NO^-₃-N，而總脫氮率幾乎沒有提高。
　　2.2 進(jìn)水COD負(fù)荷的影響。試驗中，采用4種COD進(jìn)水負(fù)荷考察COD(見圖3)和各形態(tài)氮的變化規(guī)律。由圖3可知，軟性填料序批式生物膜可承受較高的COD負(fù)荷的增長，且在厭氧段有較高的COD吸收速率，COD負(fù)荷越高，其COD吸收速率也就越高。在進(jìn)水負(fù)荷為1.00kgCOD/(m³·d)時，厭氧段COD吸收值已趨于極大值，對COD吸收達(dá)到極大值表明不是所有的有機(jī)物都可以做為細(xì)胞中的合成物質(zhì)和儲藏物質(zhì)。進(jìn)水COD負(fù)荷為0.27-1.32kgCOD/(m³·d)時，都有較好的硝化、脫氮效果。

　　2.3 厭氧段過量儲存脫氮機(jī)理探討。淹沒式SBR生物膜反應(yīng)器在厭氧段具有約34%的脫氮功能，這是由于微生物細(xì)胞具有很好的吸會和儲存含碳氮有機(jī)物的功能，這些碳氮已超出生長需要；更多的儲存物質(zhì)存在于細(xì)胞外即生物膜中，并通過微生物并可經(jīng)生物代謝作用成為微生物生長所利用的物質(zhì)。含碳有機(jī)物可作為糖原^[2]、PHB^[1]或其他儲存化合物儲存于細(xì)胞內(nèi)部，作為細(xì)胞生長的碳源和能源，這些易降解的胞內(nèi)儲存物對于本研究是尤為重要的，因為在缺氧條件下它們將被首先用于反硝化；而更多的有機(jī)物則存在于細(xì)胞外即生物膜中，在胞外反應(yīng)足夠慢的情況下，只有在胞內(nèi)儲存的易降解有機(jī)物消耗到一定程度后胞外有機(jī)物才成為反硝化的碳源。淹沒式SBR生物膜在厭氧段可較好地吸附進(jìn)水中的高濃度有機(jī)物，見圖3。在該階段微生細(xì)胞具有很好的儲存誘導(dǎo)作用，細(xì)胞內(nèi)可積累含碳氮有機(jī)物，這些碳氮已超了細(xì)胞生長的需要。
　　2.4 好氧段SND脫氮機(jī)理探討。如前所述，SBR生物膜反應(yīng)器的厭氧段，含碳氮有機(jī)物被過量儲存。進(jìn)入好氧段后，在外界有機(jī)物已近耗盡的情況下仍有持續(xù)的脫氮作用(Simultaneous Nitrification and Denitrification, SND反應(yīng))，則證明生物膜中的儲存物質(zhì)成了反硝化的有機(jī)碳源。因而，筆者認(rèn)為，生物膜中存在好氧生物膜層與兼性生物膜層。在深層的兼性生物膜中存在反硝化細(xì)菌，這些反硝化細(xì)菌利用生物膜中儲存有機(jī)物作用有機(jī)碳源，將好氧生物膜層中道理的硝態(tài)氮轉(zhuǎn)化為氮氣。SND產(chǎn)生的脫氮率隨著生物膜內(nèi)儲存物的增加而增加；過高的COD負(fù)荷使生物膜變厚，影響了硝化和反硝化，從而使總脫氮率下降。

3 結(jié)論

　　(1)序批式生物膜法工藝具有較好的同步脫氮作用。在水力停留時間為9h(其中厭氧3h、好氧6h)的工藝參數(shù)下，進(jìn)水COD負(fù)荷從0.27kgCOD(m³·d)到1.32kgCOD/(m³·d)均可使脫氮率達(dá)48.3%以上。(2)厭氧段脫氮機(jī)理為過量儲存脫氮機(jī)理。細(xì)胞外即生物膜中，并通過生物代謝作用為細(xì)胞所利用。(3)好氧段脫氮機(jī)理為，生物膜的SND機(jī)理。SND反應(yīng)主要發(fā)生在好氧生物膜層和兼性生物膜層分界區(qū)內(nèi)，反硝化的有機(jī)碳源主要為在厭氧段過量儲存的有機(jī)碳源。由DND產(chǎn)生的脫氮率隨碳/氮比的增加而增加，而過高的負(fù)荷將使生物膜變厚，從而影響SND的效果。