后置反硝化生物滤池脱氮效果研究

理论研究91BIOTECHWORLD生物技术世界生物技术世界我国大多数污水厂原有的建设一般是在2006年以前，工艺设计参照的标准是《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918-2002）一级B排放标准。这些污水厂在运行过程中对氨氮的去除效果较好，但对总氮的去除效果较差，亟需升级改造。反硝化生物滤池是在曝气生物滤池工艺的基础上发展起来的一种新技术，脱氮的基本原理是利用反应器内滤料上所附着生物膜的氧化分解作用，滤料及生物膜的吸附截留作用和沿水流方向形成的食物链分级捕食作用，以及生物膜内部微环境和缺氧反硝化作用，达到脱氮的目的。由于其具有较好的脱氮效果、较大的生物量和良好的吸附过滤性，已成为城市污水深度处理领域研究和应用的热点。1、试验材料与方法1.1原水水质试验用水为北京市某生活污水处理厂的二级出水，该厂设计规模为2×104m3/d，采用改进的Phostrip工艺。试验期间污水厂出水水质见表1。由表1可以看出，污水厂二级出水中的TN以NO3--N为主，占TN的80.1%，因此，实验过程中主要分析项目为COD、NO3--N和TN。根据调查，全国污水厂出水总氮浓度为20～30mg/L，因此通过投加硝酸钾的方式提高实验用水总氮及硝酸氮含量。另外投加醋酸钠作为外碳源，使碳氮比提高到4.0左右。试验过程中COD、TN、NO3--N的平均浓度分别为90.8、23.8、19.7mg/L。1.2试验装置采用上向流反硝化生物滤池对二级出水进行深度处理，生物滤池采用6mm碳钢钢板制成，滤池尺寸为3m*2m*5.4m。滤池各结构高度见表2。反硝化生物滤池的承托层为6～8mm、8～12mm两层卵石，滤板承托；滤料按1:1:1分配三种滤料，从上到下依次为1～2mm陶粒滤料、2～4mm生物页岩滤料、4～8麦饭石滤料。试验装置流程见图1。123456784422221111.给水泵2.阀门3.配水箱4.流量计5.生物滤池6.清水池7.鼓风机8.投药箱图1反硝化滤池流程图硝酸钾和醋酸钠加入投药箱，利用计量泵与配水箱中的二级出水一起打入反硝化生物滤池，在反硝化生物滤池的配水区充分混合后自下而上流过滤料层，处理出水由上部收集于出水渠，进入清水池，一部分用于反冲洗，剩余部分排放。1.3挂膜启动方案生物反应器的挂膜启动大致可以分为三种：一是先间歇培养，再进行负荷渐增的连续流培养[2]；二是以设计流速或逐渐增加流速项目基金:国家863重点项目“城市污水处理关键设备研制”(2009AA063805)。作者简介:汤苏云(1963～),女,硕士研究生,主要从事水处理研究方向。后置反硝化生物滤池脱氮效果研究汤苏云刘娜卜诚王静刘辉刘晶晶（北京佳瑞环境保护有限公司北京100097）摘要:采用生活污水处理厂的二级出水为原水，以醋酸钠和硝酸钾为外碳源和氮源，挂膜15天后分析进、出水COD、TN和NO3--N。试验表明，挂膜成功后COD去除率稳定在72%～83%，出水COD平均浓度为11.71mg/L，低于污水厂二级出水值；反硝化细菌不断增值，到第8天达到最佳状态，TN和NO3--N的最高去除率分别为66.33%和65.34%，出水浓度分别为11.28mg/L和9.54mg/L，可以达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918-2002）一级A标准。关键词:反硝化生物滤池二级出水脱氮中图分类号:X703文献标识码:A文章编号:1674-2060(2012)07-0091-03表2反硝化生物滤池结构项目范围(mg/L)平均值(mg/L)分析方法[1]COD20～33.7730.9重铬酸钾法NO3--N4.88～12.778.17紫外分光光度法NO2--N0.52～2.851.14N-(1-萘基)-乙二胺光度法NH4+-N0.32～0.960.44纳氏试剂光度法TN8.2～14.310.2过硫酸钾氧化-紫外分光光度法表1结构配水区承托层滤料层清水区超高高度(m)1.20.22.510.5理论研究92生物技术世界BIOTECHWORLD生物技术世界的方式进行连续流培养[3]；三是先接种活性污泥，然后进行间歇或连续培养[4]。本试验采用自然挂膜法进行启动。操作过程为：连续进水，水力负荷稳定在6.0m3/（m2·h），同时投加碳源和氮源，保持进水COD在90mg/L左右。每天取进出水水样进行检测。挂膜15天后，肉眼可以看到滤料上有灰色生物膜从进水端慢慢生长到出水端，且颜色逐渐变深，滤料表面吸附了大量的微生物，主要有丝状菌、球菌、杆菌等，标志着反应器挂膜完成。2、结果及讨论异化作用是反硝化反应的主要过程，去除的氮约占总去除量的70%～75%[5]。异养反硝化需要有机碳源提供给反硝化菌以用于产能、细胞合成和脱氧等。甲醇、乙醇、葡萄糖、醋酸等曾被用作碳源，在实际工程中使用的最多的碳源是甲醇和乙醇，醋酸作为碳源时反硝化速率最高[6]，本研究选择醋酸钠作为投加碳源，对反硝化生物滤池的启动性能展开研究。2.1COD的去除效果反硝化滤池挂膜成功后COD去除效果见图2。图2显示，在挂膜成功后，反硝化生物滤池的COD去除率稳定在72%～83%，平均去除率为79.14%，进水COD平均浓度为90.84mg/L，出水COD平均浓度为11.71mg/L，低于污水厂二级出水值。这是因为二级出水中有机物以难降解的有机物为主，随着滤池的启动进行，微生物逐渐依附在滤料表层，对COD的去除效果有所提升。2.2TN的去除效果反硝化滤池挂膜成功后TN的去除效果见图3。图3显示，在挂膜完成后前3天，TN的去除率较低，且略有波动，此后6天TN去除率逐渐升高，说明试验期间反硝化菌在不断增殖。试验过程中TN的最高去除率为66.33%，出水TN浓度为8.4～15.8mg/L，平均浓度为11.28mg/L，低于《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918-2002）一级A标准规定的15mg/L。2.3NO3--N的去除效果反硝化滤池挂膜成功后NO3--N去除效果见图4。图4与图3进行对比可以看出，NO3--N的去除效果与TN的去除效果相似，前3天NO3--N去除率较低，且略有波动，此后5天NO3--N去除率逐渐升高，第9天略有降低，这说明挂膜成功后反硝化菌不断增殖，第8天达到最佳状态，去除率可达65.34%。试验过程中出水NO3--N浓度稳定在6.45～14.63mg/L，平均浓度为9.54mg/L。2.4C/N对处理效果的影响通过改变营养物质的投加量，改变C/N，考察不同C/N对COD和硝酸氮去除效果的影响，结果如图5所示。图5表明，COD和NO3--N的去除率随着碳氮比的升高而升高。同时，该阶段的实验进水温度为10～12℃，由于温度的降低，COD和NO3--N的去除率均明显低于前期实验结果，两者的最高去除率分别为33.5%、26.2%，出水水质不能达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918-2002）一级A标准。3、结语(1)挂膜完成后，反硝化生物滤池的COD的去除率稳定在72%～83%，平均去除率为79.14%，出水COD平均浓度为11.71mg/L，低于污水厂二级出水值。(2)挂膜后反硝化细菌不断增值，第8天达到最佳状态，TN和NO3--N的最高去除率分别为66.33%和65.34%，出水浓度分别为11.28mg/L和9.54mg/L，可以达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918-2002）一级A标准。(3)随着C/N的提高，反硝化生物滤池对COD和NO3--N的去除率逐渐升高，但由于温度的降低，两者的最高去除率仅为33.5%、26.2%，出水水质不能达标。参考文献[1]国家环境保护总局.水和废水监测分析方法（第4版）[M]．图5C/N对反硝化生物滤池处理效果的影响图4NO3--N浓度的变化图2COD去除效果图3TN去除效果······下转第94页理论研究93BIOTECHWORLD生物技术世界生物技术世界中药学学科教学的内容和目的显示是一门实践性强的实验性学科，除该学科的理论知识外，科研实践、解决生产中实际问题和通过实践理解学科内涵也是也掌握该学科的重要方式。提高大学生实践能力和创新能力一直大学教育不变的主题，在创新实践中延伸理论教学，掌握学科研究方法和积累经验并能从呈现不断上升、发展和完善的高层次创新实践活动，如本科、硕士研究生、博士研究生和科研工作者的循序渐进过程，对于培养适应我国医药事业发展的应用型、技能型、创新型人才至关重要。“阶梯式”教学是根据中药学学科的特点，依据学生的实际水平因材施教，在一个循环式的培养模式下，引导学生渐进式的从了解、熟悉到掌握中药学学科的精髓，形成良好学习习惯的方法。该培养模式主要特点是目标具体升级适度，符合学生的心态使学生有成就感。在以往的教学改革研究基础上[1-2]，我们提出中药学“阶梯式”实践与创新培养模式，通过大学生创新性计划、大学生“挑战杯”论文大赛、大学生“挑战杯”创业大赛和毕业实习结合的培养模式，在项目、大赛和实习中培养、训练学生的实践能力和科研创新能力。1、目前中药学的教学现状及共性问题中药学学科的教学模式主要是建立在教材编写内容的基础上,以教授药材的来源、性能、功效、应用组成等为主要内容,也涉及了各科的病症,并利用其病因病机来理解中药的作用,还涵盖了特殊配伍的意义、特殊炮制意义以及使用注意和用法用量等内容。这样的教学让学生了解中药的基本功效,但对其药性等缺乏理性认识。学生学习中药学与其他学科联系的内容很少,缺乏对学科内在联系的理解和运用。1.1教学形式单调中药学内容比较庞杂，涉及到的理论与应用较多，课堂讲授的传统教学模式在短时间内为学生提供较大信息量，但教学形式过于单调，学生的接受与消化被动，评价掌握程度主要通过提问、考试和理论评价指标进行。这种课堂讲授方法使学生的思维能力、想象能力和表达能力受到严重限制，不利于学生的主动性，灵活性和创新性的培养无助于调动学生学习的积极性[3]。1.2实践环节各行其政，缺乏阶梯性目前本科教学中学生的实践环节仅仅是集中在中药学各门课程的实验环节，这些实验主要针对了本门课程中共性代表、有典型性的内容采取了统一规范教学，学生掌握的仅是本门课程中的基础或者共性知识的实践。指导教师各行其政，有些知识点多次重复实践，有些知识点却从没涉及，没能达到实践和主动思维能力的循序渐进提升的目的，各实践环节没有阶梯性，目标不具体，升级不适度。这些无法系统、循序渐进将中药学学科研究的内容、动手实践能力、工作中的主动思维能力和科研创新中的学术思想进行培育。为此，我们依据多年的中药学学科教学与实践，提出中药学“阶梯式”实践与创新培养模式教学。2、中药学“阶梯式”实践与创新模式的建立与实践在多年的中药学教学实践中，我们陆续通过大学生创新计划、大学生“挑战杯”论文大赛、大学生“挑战杯”创业大赛和毕业实习等项目与内容建立了中药学“阶梯式”教学与实践培养模式，从创新计划开始进行初期的培育，逐渐加深呈现“阶梯式”培养模式对在校中药学学科内的学生进行实践动手能力和科研创新思维方式的培育，在整个培养模式中发表研究论文10篇[4-13]，获得河南省“挑战杯”创业大赛银奖、河南大学金奖、河南省大学生“挑战杯”论文大赛一等奖和二等奖[14-15]以及河南大学优秀本科毕业论文等成绩。具体培养模式如下：2.1第一阶梯根据中药学教学规划和课程设置，在大学二年级下学期选拔成绩优异，且对科学研究或者中药企业生产、销售和研发有浓厚兴趣的中药学学科在校大学生，分别组织申报河南大学大学生创新计划，或组成兴趣小组，于大学二年级暑假进驻到中药学学科平台，进行中药学各学科门类的动手实验能力训练。此阶段主要进行中药学学科的科学仪器规范使用训练、基本实验操作、基本实验室安全教育、规章制度的适应以及基本的科学研究思路启蒙。主要考核指标为《科学实验记录本》、《跟师记录本》和《小组活动记录本》，分别详细记录研究日志、与导师交流情况、小组内成员间讨论沟通与协作情况；熟悉科研项目的中期检查、结题、验收和经费合理使用等基本的常识性内容。2.2第二阶梯在掌握了大部分中药学课程和实验的基础上