一体化生物膜技术处理农村生活污水试验分析

余晓敏

摘 要：主要对一体化生物膜技术在处理农村生活污水的试验中的应用进行了分析，以期能为有关方面的需要提供有益的参考和借鉴。

关键词：农村生活污水；一体化生物膜技术；反硝化反应；有机物

中图分类号：X703 文献标识码：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2015.15.087

文章编号：2095-6835（2015）15-0087-02

农村生活污水处理是将生活污水中的有害物质和污染环境成分清除、降解，作无害处理。但由于农村居住分散、水量小，管网设施落后，对生活污水进行集中处理有一定的难度，所以需要进行分散处理，就地利用新技术、新工艺。

1 试验部分

1.1 试验装置与运行工况

一体化生物膜污水处理装置由玻璃钢制成，采用一体化一次加工成型。装置分为4个格室，待处理污水由配水池提升至水解酸化池后，依次经过缺氧/好氧池、局部循环曝气池和斜管沉淀池再外排。各反应单元有效容积分别为340 L、650 L、500 L、102 L。各单元有效容积长、宽、高分别为：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，局部循环曝气池800 mm×850 mm×1 200 mm，斜管沉淀池300 mm×850 mm×1 200 mm。

局部循环曝气池内填料填充率为60%，挂膜后密度约为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杂物，缺氧池前段又肩负着排泥的功能，为保证缺氧区正常运行，没有设置任何填料。初沉污泥主要由水解酸化池底部的泥斗定期排出，好氧污泥由好氧区后端池底部泥斗排出，并有效控制缺氧、好氧段污泥浓度。

具体工作情况为：污水由配水箱经潜水泵提升至水解酸化池内，进水量为300 L/d，进水模式分为早、中、晚3个时段，由时间继电器控制。其中，早晨和中午各进水75 L、晚上进水150 L，生物反应区相应HRT约为4 d。好氧反应区24 h连续供氧，由电磁式空气压缩机提供动力，曝气量为48 L/min，DO浓度控制在2～4 mg/L。试验结束调试，进入稳定运行期时，斜管沉淀池开始有泥水混合液回流至缺氧池，与进水交替运行并间歇回流。每隔2 h回流6 min，每次回流量约为100 L，由潜水泵控制，回流比为4∶1. 水解酸化池排泥周期为4 h，缺氧/好氧池排泥周期为4 h，每次排泥时间均为1 min，由时间继电器和电磁阀联合控制。

1.2 试验用水与污泥

装置从2010-11加工完成后，清水浸泡3个月，期间换水3次，于2011-02进入启动调试阶段。接种污泥为当地污水处理厂浓缩池的脱水污泥，经过3个月的驯化、挂膜、调试，系统进入稳定状态。于2011-05开始分析，每周取样1次，连续监测30周。试验期间进水采用实验室配制的模拟污水，配制方法为：1 t自来水中加入牛肉膏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。主要污染物指标为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 试验结果与讨论

本次试验为期30周，通过COD、BOD5、NH3-N、TN和NO3--N各项指标的监测、分析，总结其运行规律，并对可能影响其运行效果的因素进行分析。重点考察各反应区碳源利用效率与氮脱除的相关性。因为是配制的生活污水，因此没有考虑悬浮物指标。

2.1 对有机物的去除效果

出水COD平均质量浓度为51.1 mg/L，平均去处理率为89.1%，运行期间BOD5平均去除率为94.4%，出水BOD5质量浓度为15.5 mg/L。一体化生物膜工艺对生物降解有机物的去除效果良好，水解酸化池的主要功能是将大分子的碳源水解为小分子有机物或无机物，为缺氧段提供大量可直接利用的碳源，加快了生物反应进程，从数据上也可以证明此分析。

2.2 对TN的去除能力分析

活性污泥反应系统中氮循环的传统理论认为，氮在新鲜污水中的主要存在形式——有机氮将首先被氨化菌分解成氨态氮，此过程需要有机物作为碳源和能量来源，之后在一系列自养硝化细菌的作用下，氨态氮进一步氧化分解为亚硝态氮和硝态氮。而氮的真正去除则依赖反硝化过程，此阶段反硝化细菌以硝态氮和亚硝态氮为电子受体，在无氧条件下将硝态氮和亚硝态氮还原为气态氮排出系统，实现氮的脱除。

具体分析如下：每天污水分3个时段瞬时进入系统。出水TN平均去除率为83%，出水TN平均质量浓度为16.9 mg/L。说明大部分氮被反硝化去除，在系统中存在硝化和反硝化作用。但出水全氮平均浓度高于BOD5平均浓度，而进水的BOD5/TN平均值为294.3/35.9，约等于8.2，应具有较好的脱氮条件，但实际运行情况并没有达到预期脱氮效果。分析原因，可能是瞬时回流量过大，缺氧区前端形成非缺氧环境，有机物被异氧微生物利用，污水再进入缺氧区后段时，BOD5/TN发生较大的变化，导致系统中碳源不足，脱氮效率降低。

2.3 进水和出水NO3--N的浓度变化

反硝化反应是将硝酸盐或亚硝酸盐还原为氮气或氮氧化物的过程，反应在无分子氧状态下实现。反硝化细菌包括假单胞菌属、反硝化杆菌属、螺旋菌属和无色杆菌兼性菌，在溶解氧极低的环境下可以利用硝酸盐或亚硝酸盐作为电子受体，O2-作为受氢体生成H2O和OH-碱度，有机物作为电子供体提供能量并得到稳定化。反硝化过程中，亚硝酸盐和硝酸盐的转化是通过反硝化细菌的同化作用和异化作用来完成的。异化作用就是将NO2-和NO3-还原为NO、N2O、N2等气体物质，主要是N2。异化作用去除的氨一般占总去除量的70%～75%.而同化作用是反硝化菌将NO2-和NO3-还原为NH4+，供新细胞合成使用，

使氮成为细胞质的成分。

NO3--N的去除是污水中氮浓度降低的直接因素，只有经过反硝化细菌作用，水中的氮才能得以去除。在生物处理系统中，异氧细菌的缺氧生长是由于没有自由态的氧而以硝态氮作为电子最终受体的一种替代式生长模式。具体到本系统，厌氧水解出水直接进入缺氧区为反硝化作用提供了大量可直接利用的碳源。如图1所示，出水的NO3--N质量浓度平均达13.2 mg/L，占到出水TN的78.1%，说明反硝化不完全。分析原因可能是瞬间回流比过大，使缺氧区前端出现分子氧，异氧微生物直接以分子氧作为电子受体，利用有机物使反硝化过程受阻。

2.4 对NH3-N的去除能力分析

NH3-N的去除主要通过硝化细菌的硝化作用实现。硝化细菌为自养菌，利用无机碳化合物如CO2、CO32-、HCO3-等作为碳源，通过与NH3、NH4+的氧化反应来获得能量。硝化过程需要提供大量的溶解氧才能完成，是典型的好氧反应。

根据监测数据如图2所示，NH3-N平均去除率为89.8%，出水NH3-N平均质量浓度为3.53 mg/L。由数据推断局部循环曝气池中硝化细菌占据绝对优势，实现了氨氧化，表明大量的碳源进入缺氧区后被消耗殆尽，没有多余的碳源进入局部循环曝气池，使好氧区中硝化细菌和亚硝化细菌等自养微生物成为生物主体。

3 结束语

综上所述，本文通过结合具体的试验对一体化生物膜技术处理农村生活污水作了详细的阐述和深入的分析，旨在为更好地处理农村生活污水提供有益的建议，相信经过对生物膜技术的不断应用和完善，农村生活污水的处理将会有极大进步。

参考文献

[1]吴迪，高贤彪，李玉华，等.一体化生物膜技术处理滨海农村污水[J].环境工程学报，2012（08）.

[2]姜苏，周集体，郭海燕，等.一体化A/O生物膜反应器脱氮特性研究[J].环境科学与技术，2005（02）.

〔编辑：王霞〕