AO工艺中布状生物基材对氨氮去除的效果研究

AO工艺中布状生物基材对氨氮去除的效果研究

刘鸿藜   陶丽丹   邱建贺

（玉凰生态科技股份有限公司，广东佛山，528200）

摘要：随着工业化进程的加快和人口的增长，水体污染问题日益严重，尤其是含氮化合物的排放导致水质恶化。氨氮作为主要的水污染物之一，其有效去除对于保护水环境安全具有重要意义。本研究旨在探讨AO（厌氧/好氧）工艺中，布状生物基材布设密度对氨氮去除效果的影响，以期为污水处理提供更为高效、经济的技术支持。试验结果显示，布状生物基材在AO工艺的应用中，生物基材7.68㎡的A1组对NH3-N平均去除率为80.16%，生物基材15.36㎡的A2组对NH3-N平均去除率为95.13%，生物基材安装密度的提升有效提高氨氮的去除率。

    关键词：AO工艺；布状生物基材；氨氮去除；污水处理；生物基材

引言：

氨氮是水处理中的一个关键指标，传统的生物脱氮工艺往往存在效率低下、成本高昂等问题。AO工艺作为一种成熟的污水处理技术，通过结合厌氧和好氧过程，能够有效地去除污水中的氨氮。而布状生物基材因其特殊的物理结构和表面性质，被认为是提高生物处理效率的潜在材料。本研究通过对AO工艺中添加布状生物基材的实验分析，探究其不同布置条件下污染物去除率的变化趋势，从而获得优化后的填料结构形式和布置密度，实现AO工艺处理对氨氮去除能力、稳定性和经济效益的综合提升。

1.材料与方法：

1.1.实验设计：

采用对比实验的方式，设置两组反应器，各反应器布设置的载体量不同。本研究分两个阶段多批次在2个AO反应器（A1和A2实验组）内进行，AO反应器尺寸见下图2，单个处理能力3t/d。污水水样来自东莞市石碣镇某污水处理厂预处理区，实验平台示意图如图1所示。

图 1实验平台示意图

图 2实验平台平面图

反应器内填料选用玉凰生态科技股份有限公司新型布状生物基材填料，填料的布置间隔分别为6cm（A1实验组）和3cm（A2实验组）。反应器进水量由手动阀门控制，每个反应器进水流量Q=0.15m³/h，厌氧段水力停留时间2h，好氧段水力停留时间6h，连续运行30d。

装置搭建好后进行半个月的调试运行，待运行稳定后，每天分别对各试验池出水水质进行取样检测。水质检测的指标有NH3-N、DO，检测方法按照水和废水监测分析方法，采用紫外可见分光光度计检测。

1.2.填料特性：

选择具有高比表面积、良好亲水性和生物相容性的布状生物基材为填料，相关规格参数如下：

1）厚度：2.5mm；2）单位重量：300g/㎡；3）比表面积（㎡/g）：1.2㎡/g；4）等效孔径（mm）:0.07 mm；5）垂直透系数（cm/s）：8.2*10-3cm/s；6）抗酸碱性能（强力保持率）：≥90%；7）氧化性能（强力/%）：≥90%；8）抗紫外线性能（强力保持率）：≥90%。

安装方式：布状生物基材采用垂直横向间隔安装，安装间距1-5cm；

图 3布状生物基材安装

1.3.工艺流程：

实验分为A1和A2组，其中A1组A段和O段填料密度均为A2组一半；厌氧段体积V=0.45m³，好氧段V=0.9m³；

1）进水流量Q：进水总流量：7.68t/d，即0.32t/h；A1和A2实验组的进水流量分别为0.16t/h

2）水力停留时间HRT：A1/A2实验组，A段HRT=2.8h，O段HRT=5.6h

3）运行的水力负荷q0：q0=Q/A，A为处理单元表面面积A段的q0为0.20m³/（m2·h），O段的q0为0.13m³/（m2·h）；

4）填料的密度：

A1实验组中：A段填料规格为550*650mm，共16张，总面积5.72m2；O段填料规格为800*600mm，共16张，总面积7.68m2；

A2实验组中：A段填料规格为550*650mm，共32张，总面积11.44m2；O段填料规格为800*600mm，共32张，总面积15.36m2。

5）溶解氧（DO）浓度控制： 

A1/A2实验组DO均控制在3~5ppm。

6）曝气量

0.03~0.09m³/min

1.4.数据分析：

1.4.1.氨氮（NH3-N）去除效果

本实验在整个运行期间对进出水以及系统各单元的 NH3-N 进行了长期监测，并在第42天进行排泥和除藻后继续监测，各处理组出水NH3-N浓度及去除率如图4-7所示：

图 4 NH3-N检测浓度

图 5NH3-N去除率

图 6  NH3-N平均去除率（0-41d）

图 7  NH3-N平均去除率（42-84d）

从上图可知，在0-41天监测期间系统进水NH3-N在1~25mg/L之间，平均浓度为15.03mg/L。

A1实验组厌氧出水NH3-N在1~24mg/L之间，平均浓度为13.10mg/L，NH3-N平均去除率为12.83%；A1实验组好氧出水NH3-N在0.1~8.76mg/L之间，平均浓度为2.98mg/L，NH3-N平均去除率为80.16%，出水NH3-N均达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》一级A标准。在实验14d时，厌氧段出水氨氮趋于稳定，而好氧段出水NH

3-N浓度发生巨大波动，表明好氧系统发生冲击，导致NH3-N去除效果降低。

A2实验组厌氧出水NH3-N在2~22mg/L之间，平均浓度为13.12mg/L，NH3-N平均去除率为12.70%；A2实验组好氧出水NH3-N在0.06~1.00mg/L之间，平均浓度为0.73mg/L，NH3-N平均去除率为95.13%，出水NH3-N稳定达到《地表水环境质量标准》（GB 3838-2002）III类水标准。对比A1实验组在14d发生的水质波动，A2实验组NH3-N仍趋于稳定。

从上图可知，在42-84天监测期间系统进水NH3-N在4~27mg/L之间，平均浓度为20.35mg/L。

A1实验组厌氧出水NH3-N在4~25.24mg/L之间，平均浓度为19.90mg/L，NH3-N平均去除率为2.24%；A1实验组好氧出水NH3-N在0.4~16mg/L之间，平均浓度为4.74mg/L，NH3-N平均去除率为76.74%，出水NH3-N均达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》一级A标准。

A2实验组厌氧出水NH3-N在16~24mg/L之间，平均浓度为20.03mg/L，NH3-N平均去除率为1.62%；A2实验组好氧出水NH3-N在0.35~16.47mg/L之间，平均浓度为2.7448mg/L，NH3-N平均去除率为86.52%，出水NH3-N均达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》一级A标准。

1.4.2.溶解氧

本实验在整个运行期间对进出水以及系统各单元的 DO进行了长期监测，并在第42天进行排泥和除藻后继续监测，各处理组出水DO浓度及去除率如图8所示：

A1/A2实验组DO均控制在3~5ppm。但我们可以发现在相同的曝气条件下，高密度填料组DO平均浓度总能大于低密度填料组。

图 8   DO检测浓度

2.结果：

1. 布状生物基材填料安装密度对NH3-N去除的影响较大,生物基材7.68㎡的A1组对NH3-N平均去除率为80.16%，生物基材15.36㎡的A2组对NH3-N平均去除率为95.13%，A2组高密度填料对氨氮去除更加稳定且更能适应氨氮进水浓度的不断变化。
2. 布置布状生物基材填料安装并在AO工艺运行稳定后对NH3-N的去除效果，均能达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》一级A标准，并且A2实验组好氧段出水NH3-N满足《地表水环境质量标准》（GB 3838-2002）III类水标准。

3.讨论：

本研究的结果显示，在AO工艺中的应用布状生物基材载体布置的密度增加能显著提高氨氮的去除效果。填料的高比表面积为微生物提供了更大的附着空间，增强了生物膜的形成和维持，从而提高了脱氮效率。猜测是由于高密度填料拥有更多的微生物附着，而氨氮去除率与微生物密切相关。

运行了一段时间的装置进行排泥除藻处理并未提升NH3-N的去除率，反而使得其大幅下降，猜测是由于装置清洗破坏了已建立起的生态平衡，也由于进水流量无法控制前后一致，使得NH3-N处理效率受到影响。

此外，该填料的引入还改善了系统的抗冲击负荷能力，在实际工程应用中，应根据具体情况选择合适的安装方式、填料安装密度，以实现最佳的氨氮去除效果。

4.结论：

综上所述，布状生物基材在AO工艺的应用中布状生物基材安装密度的提升能有效提高氨氮的去除率、能提高氨氮的去除效果。该研究不仅为污水处理工程提供了新的优化方向，为处理高浓度氨氮废水、减少处理池的容积及减少设备占地提供了可能，也为后续相关材料的开发和应用提供了理论依据和实践指导。未来的研究可以进一步探讨不同类型填料的优化组合、填料密度与其他操作参数的协同效应及其在实际应用中的经济性和可持续性、为AO工艺的优化提供理论依据和实践指导。

参考文献：

[1]杜娟娟. "不同纤维材料对污水中氮磷的去除效果研究." 水电能源科学 36.9(2018):3.

[2]邓宇等. "生物载体在污水处理中的研究进展." 环境科学与管理 004(2022):047.

刘鸿藜，男，汉族；1988 年出生；籍贯：广西省陆川县；职称：环保中级工程师；研究方向：水环境治理技术。