孙 明， 纪鑫奇

(沈阳建筑大学市政与环境工程学院，辽宁沈阳110168)

生物滤池的低温强化恢复

孙 明， 纪鑫奇

(沈阳建筑大学市政与环境工程学院，辽宁沈阳110168)

为解决厌氧/缺氧生物滤池在低温条件下(6～10 ℃)的强化恢复问题，分别采用生物强化恢复及自然恢复的方法进行对比。结果表明，在采用生物强化恢复的反应器中，NH3-N去除率由19.87%提高至62.86%，TN去除率由20%提高至55%；在采用自然恢复的反应器中，NH3-N去除率由18.32%提高至35.6%，TN去除率由17%提高至34%。采用生物强化的方式能够解决A/O生物滤池反应器在低温条件下恢复较为困难的问题。

低温； 生物滤池； 强化恢复

厌氧/缺氧生物滤池开始于20世纪60年代。1967年，Young和McCarty等系统研究了厌氧生物滤池的性能，并通过使用上流式厌氧生物滤池，提高了滤池的抗负荷能力[1]。好氧的现代曝气生物滤池(Biological Aerated Filter)是在生物接触氧化工艺的基础上引入饮用水处理的一种好氧废水处理工艺[2]，由于其良好的性能，应用范围不断扩大。至20世纪90年代末，曝气生物滤池的研究己经非常广泛和系统化。例如，运用自动控制和在线监测，研究混凝剂的投加对处理效果的影响，实现优化运行，节省运行费用；研究滤池的水力学特性，对工程规模的流态模拟试验[3]；模拟滤池水头损失的变化，研究水力对生物膜的生长状况的影响[4]等。目前世界上已有数千座大大小小的污水处理厂采用了这种技术[5]。缺氧-好氧生物滤池是将传统的A/O工艺与生物滤池相结合，在基于A/O脱氮工艺的基础上，同时具备现代生物滤池的特点。

低温是影响微生物新陈代谢的重要限制因子之一，可使微生物内部构造发生极大改变，从而干扰微生物的正常生长代谢[6]。生物法脱氮一般由硝化和反硝化过程实现，而硝化效果取决于硝化菌的活性。有研究认为，硝化细菌的最适生长温度为25～30 ℃，且对温度变化非常敏感[7]。污水生物处理过程中，温度处于15 ℃时硝化菌的活性急剧下降，当温度降至10 ℃以下时硝化菌呈休眠状态，低于4 ℃时大部分硝化菌丧失新陈代谢能力，导致低温污水深度处理难以达标。

笔者采用A/O生物滤池工艺，进行低温条件反应器强化启动试验研究；探索该反应器中NH3-N和TN的降解效率，以期指导和调整A/O生物滤池工艺的运行，从而确保A/O生物滤池工艺在低温环境下取得较好的处理效果。

1 试验材料与方法

1.1 试验装置

采用 A/O 生物滤池工艺研究低温强化恢复问题，试验装置如图 1 所示。污水首先经高位水箱，与好氧反应器的回流液混合，流入缺氧反应器(A 段滤柱)。在缺氧反应器中，与滤料充分接触以后，再流入好氧反应器(O 段滤柱)。

图1 A/O生物滤池装置Fig.1 A/O biological filter device

1.2 接种污泥

反应器以城市污水处理厂二沉池回流污泥作为接种污泥，污泥MLSS为3 300 mg/L。

1.3 试验原水

试验原水取自城市污水处理厂，COD为500 mg/L，Cl-为20 000 mg/L左右，NH3-N、TN均为50 mg/L。

1.4 检测方法

TN：碱性过硫酸钾消解紫外光光度法；NH3-N：纳氏试剂分光光度法；温度：温度计；MLSS：滤纸重量法。

1.5 试验方法

采用两套相同的反应器进行生物强化恢复和自然恢复的对比研究。1#反应器进行生物强化恢复法，2#反应器采用自然恢复法。在6～10 ℃的低温条件下，用蠕动泵以500 mL/h的流量，每2 d向1#反应器A段及O段各投加1 000 mLMLSS为3 300 mg/L耐盐耐冷污泥。控制1#、2#反应器在相同的运行参数下运行：滤池流速0.3 m/h，回流比为200%，气水比为3 ∶1。定时检测A段及O段的进出水NH3-N及TN。

2 结果与讨论

2.1 低温恢复期NH3-N的变化

在低温恢复期1#反应器内NH3-N的变化见图2。从图2可以看出，1#反应器在投加污泥的32 d生物强化恢复期内，当进水NH3-N为50 mg/L左右时，随着时间的增加，出水NH3-N从41.94 mg/L逐渐下降至19.36 mg/L。投加耐盐耐冷污泥后，反应器内硝化菌数量增加，通过硝化作用以及生物吸附自身同化作用去除NH3-N，同时投加污泥也利于反应器中菌群结构的分布，反应器可快速启动恢复并适应低温条件。

图2 低温恢复期1#反应器NH3-N变化Fig.2 Variation curve of NH3-N in 1# reactor at low temperature in recovery phase

在低温恢复期2#反应器内NH3-N的变化见图3。从图3可以看出，2#反应器在未投加污泥的32 d自然恢复期内，当进水NH3-N为50 mg/L左右时，随着时间的延长，出水NH3-N呈波动式下降趋势，从42.75 mg/L上升至50 mg/L左右后逐渐下降至33.36 mg/L。在第16天时出水水质突然变差，这是由于进水NH3-N浓度突然升高，反应器内硝化菌无法完全适应水质情况的变化，从而造成此时硝化菌对NH3-N去除效果的下降。但随着时间的增加，2#反应器出水NH3-N有波动，当恢复期为26 d时出水NH3-N最低，原因是该天进水NH3-N较低。26 d后出水NH3-N基本稳定。

图3 低温恢复期2#反应器NH3-N变化Fig.3 Variation curve of NH3-N in 2# reactor at low temperature in recovery phase

由图4可以看出1#、2#反应器在整个低温恢复期内NH3-N去除率的变化情况。进行生物强化的1#反应器在投加污泥的32 d低温恢复期内，NH3-N去除率逐渐升高，由19.87%升高至62.86%。反应器对NH3-N的去除率不是逐渐升高，而是跳跃增长，这是因为硝化菌呈对数生长，存在适应期、对数生长期和稳定期3个阶段。进行自然恢复的2#反应器在32 d恢复期内，随着时间的增加，NH3-N去除率也呈上升趋势，由18.32%提高到35.62%。结合图1和图2可知，两组反应器在进水NH3-N基本相同的情况下，1#反应器出水NH3-N较低，同时去除率较高，说明1#反应器具有较快的恢复性能。

图4 低温恢复期NH3-N去除率变化Fig.4 Variation curve of NH3-N removal rate at low temperature in recovery phase

综上所述，在相同的低温恢复期间，当反应器进水NH3-N均为50 mg/L左右时，生物强化恢复反应器出水NH3-N、NH3-N去除率增长速率和最终去除率要优于自然恢复的反应器。说明在低温条件下，A/O生物滤池反应器采用生物强化法去除NH3-N恢复期短，出水NH3-N浓度低，去除率较高。

2.2 低温恢复期TN变化

在整个低温恢复期1#反应器内TN的变化见图5。从图5可以看出，1#反应器在投加污泥的32 d生物强化恢复期内，当进水TN为50 mg/L左右时，出水TN从41.97 mg/L逐渐下降至22.70 mg/L，接近32 d时出水TN逐步趋于稳定。这是由于反应器中接种生物接触氧化反应器沉淀区的冷微生物后，促进反应器中逐步形成适于低温条件下生长繁殖的菌群结构，增加了生物整体活性，提高了工艺低温运行的脱氮性能，有利于反应器对TN的去除。

图5 低温恢复期1#反应器TN变化Fig.5 Variation curve of TN in 1# reactor at low temperature in recovery phase

在整个低温恢复期2#反应器内TN的变化情况见图6。从图6可以看出，2#反应器在未投加污泥的32d自然恢复期内，当进水TN为50 mg/L左右时，出水TN呈波动式下降趋势，从43.01 mg/L上升至48.70mg/L左右后逐渐下降至33.88 mg/L。在第16天时TN的出水浓度突然变高，这是由于进水TN浓度突然升高，反应器内菌群无法完全适应水质情况的变化。同时低温导致生物活性降低，工艺硝化过程难以进行，使2#反应器出水TN浓度升高。

图6 低温恢复期2#反应器TN变化Fig.6 Variation curve of TN in 2# reactor at low temperature in recovery phase

1#、2#反应器在整个低温恢复期内TN去除率的变化见图7。从图7可以看出，进行生物强化的1#反应器在投加污泥的32 d低温恢复期内，TN去除率逐渐升高，由20%升高至55%。其中，在第18天TN去除率有所下降，由45%下降至40%，这是因为当天反应器进水TN突然升高，反应器内菌种没有完全适应水质状况。进行自然恢复的2#反应器在32 d恢复期内，随着时间的延长，TN去除率仅由17%提高到34%，反应器恢复相比于1#反应器较慢。

图7 低温恢复期TN去除率变化Fig.7 Variation curve of TN removal rate at low temperature in recovery phase

综上所述，在相同的32 d低温恢复期内，当生物强化与自然恢复反应器进水TN浓度均为50 mg/L左右时，生物强化反应器TN出水浓度和去除率优于自然恢复反应器，恢复时间短。说明低温条件下，A/O生物滤池采用生物强化方式对反应器TN去除效果的快速恢复有明显效果。

3 结论

① 与2#自然恢复的反应器相比，1#生物强化反应器的提高速率明显较高，这说明采用生物强化的方式解决A/O生物滤池反应器低温条件下恢复较为困难的问题是可行的。

② 在为期32 d的整个低温恢复期间，进行生物强化的反应器出水NH3-N为19.36 mg/L，NH3-N去除率由19.87%升高至62.86%。与自然恢复的反应器相比，出水NH3-N低，去除率增长速率

较快，说明低温下进行生物强化对反应器NH3-N去除效果的快速恢复有明显效果。

③ 在相同的低温恢复期间内，自然恢复的反应器对TN的去除率变化较小，而进行生物强化恢复的反应器内出水TN由41.97 mg/L降至22.70 mg/L，TN去除率由20%升高至55%，说明低温下进行生物强化对反应器的TN去除效果的快速恢复有明显效果。

[1] 王志霞,武周虎,王娟.SBR法处理含海水城市污水的脱氮除磷效果[J].工业水处理，2005,25(4):29-31.

[2] 彭光霞,周岳溪,何绪文，等.高含盐有机废水MDAT-IAT生物处理工艺研究[J].环境科学研究,2006,19(3):71-74.

[3] 叶柳, 彭永臻, 崔有为,等.革新MUCT工艺处理含盐污水[J].北京工业大学学报,2006,32(12): 1087-1092.

[4] 高欢,周岳溪,胡翔,等.含盐染料废水高温厌氧处理工艺特性研究[J].环境工程，2007,25(3):9-11.

[5] 孙晓杰,徐迪民,于德爽.海水冲厕污水的短程硝化试验研究[J].中国给水排水，2007,23(3):40-43.

[6] 邱天,杨基先,崔迪.适冷微生物研究进展及应用现状[J].环境科学与技术,2012,35(S1) :124-127．

[7] Eldean A, Ramadan K. Removal of ammonia and phenol from industrial waste water[C]. Eleventh International Water Technology Conference,2007.

[8] 陈翰，马放，李昂，等. 低温条件下污水生物脱氮处理研究进展[J]. 中国给水排水,2016，32(8):37-43.

[9] 孙晓杰,周利,彭永臻.SBR中海水对短程硝化的影响[J].青岛理工大学学报,2005,26(6):111-114.

Enhanced recovery of biological filter at low temperature

Sun Ming, Ji Xinqi

(SchoolofMunicipalandEnvironmentalEngineering,ShenyangJianzhuUniversity,Shenyang110168,China)

In order to solve the problem of enhanced recovery of anaerobic/anoxic biological filter at low temperature (6 ℃ to 10 ℃), the experiments with the methods of biological enhanced recovery and natural recovery were carried out. The results showed that the removal efficiency of NH3-N was increased from 19.87% to 62.86%, and the removal efficiency of TN was increased from 20% to 55% in biological enhanced recovery reactor. However, the removal rate of NH3-N increased from 18.32% to 35.6%, and the removal rate of TN increased from 17% to 34% in natural recovery reactor. Therefore, it was better to solve the problem of A/O biological filter reactor in low temperature conditions by biological enhanced method.

Low temperature; biological filter; enhanced recovery

TU992.3

A

1673-9353(2016)06-0019-04

10.3969/j.issn.1673-9353.2016.06.005

孙 明(1994- )， 硕士，研究方向为难降解有机污水处理关键技术研究。E⁃mail：571453288@qq．com

2016-04-23