李軍 李媛
北京工業大學建筑工程學，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點。同時微生物呈固著態，有利于將微生物保持在反應器內和優勢菌屬的培養。在研究序批式生物膜法工藝時，筆者發現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出來的脫氮特性和機理做進一步探討。

1 研究方法

　　試驗裝置如圖1所示。試驗所用反應器有機玻璃制成，內徑15cm，反應器內有效容積18L，其中沉淀池2L。溫度為25℃，好氧狀態的DO平均為5.5mg/L。裝填密度為30%。生物膜培養采用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。試驗穩態支行工兌每一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2周后的水樣為試樣，各濃度值為邊連續2周試驗數據的平均值。原生污水水質如表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 原生污水水質表 水質指標 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 結果與討論

　　2.1 厭、好氧時段內各形態氮濃度的變化。為考察、厭、好氧時段內各形態氮濃度的變化，筆者測定了進水后太原市氧3h、再好氧17h的各形態氮濃度的變化曲線，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小時內已低于1mg/L，硝化基本完成，同時也可看到此時好氧時段內脫氮率為進水TN的22.3%，總脫氮率達56.6%。過長的好氧只是把余下的氮轉化為NO^-₃-N，而總脫氮率幾乎沒有提高。
　　2.2 進水COD負荷的影響。試驗中，采用4種COD進水負荷考察COD(見圖3)和各形態氮的變化規律。由圖3可知，軟性填料序批式生物膜可承受較高的COD負荷的增長，且在厭氧段有較高的COD吸收速率，COD負荷越高，其COD吸收速率也就越高。在進水負荷為1.00kgCOD/(m³·d)時，厭氧段COD吸收值已趨于極大值，對COD吸收達到極大值表明不是所有的有機物都可以做為細胞中的合成物質和儲藏物質。進水COD負荷為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理探討。淹沒式SBR生物膜反應器在厭氧段具有約34%的脫氮功能，這是由于微生物細胞具有很好的吸會和儲存含碳氮有機物的功能，這些碳氮已超出生長需要；更多的儲存物質存在于細胞外即生物膜中，并通過微生物并可經生物代謝作用成為微生物生長所利用的物質。含碳有機物可作為糖原^[2]、PHB^[1]或其他儲存化合物儲存于細胞內部，作為細胞生長的碳源和能源，這些易降解的胞內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；而更多的有機物則存在于細胞外即生物膜中，在胞外反應足夠慢的情況下，只有在胞內儲存的易降解有機物消耗到一定程度后胞外有機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水中的高濃度有機物，見圖3。在該階段微生細胞具有很好的儲存誘導作用，細胞內可積累含碳氮有機物，這些碳氮已超了細胞生長的需要。
　　2.4 好氧段SND脫氮機理探討。如前所述，SBR生物膜反應器的厭氧段，含碳氮有機物被過量儲存。進入好氧段后，在外界有機物已近耗盡的情況下仍有持續的脫氮作用(Simultaneous Nitrification and Denitrification, SND反應)，則證明生物膜中的儲存物質成了反硝化的有機碳源。因而，筆者認為，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菌，這些反硝化細菌利用生物膜中儲存有機物作用有機碳源，將好氧生物膜層中道理的硝態氮轉化為氮氣。SND產生的脫氮率隨著生物膜內儲存物的增加而增加；過高的COD負荷使生物膜變厚，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)的工藝參數下，進水COD負荷從0.27kgCOD(m³·d)到1.32kgCOD/(m³·d)均可使脫氮率達48.3%以上。(2)厭氧段脫氮機理為過量儲存脫氮機理。細胞外即生物膜中，并通過生物代謝作用為細胞所利用。(3)好氧段脫氮機理為，生物膜的SND機理。SND反應主要發生在好氧生物膜層和兼性生物膜層分界區內，反硝化的有機碳源主要為在厭氧段過量儲存的有機碳源。由DND產生的脫氮率隨碳/氮比的增加而增加，而過高的負荷將使生物膜變厚，從而影響SND的效果。