前置反硝化曝氣生物濾池處理生活污水的研究

白慧玲 楊云龍

前置曝氣生物濾池(BAF)是結合了生物接觸氧化和給水處理中快濾池的設計理念，集生物吸附、物理截留和生物氧化為一體的污水處理工藝。前置反硝化曝氣生物濾池工藝占地面積小，處理效率高且運行成本低，是一種有發展前途的污水處理工藝。

本試驗采用前置反硝化曝氣生物濾池處理生活污水，研究了前置反硝化曝氣生物濾池工藝對COD、氨氮的去除效果，摸索其去除污染物質的規律，力求得出其最佳工況參數，為前置反硝化曝氣生物濾池工程應用提供理論依據。

1 試驗裝置與方法

1.1 試驗裝置

本試驗反應裝置采用有機玻璃加工而成，4根濾柱組成的上流式曝氣生物濾池。4根試驗濾柱(記為柱1、柱2、柱3、柱4)內徑均為100 mm，高度均為2 m，每根反應柱底部均設有進水口和進氣口，側面設有5個取樣口。柱 1和柱2內部填充粒徑為 5 mm～10 mm的陶粒，柱3和柱4內部填充粒徑為3 mm～5 mm的黏土陶粒。

曝氣裝置:采用海利ACO-0090型電磁式空氣壓縮機連接乳膠管，末端加微孔曝氣砂頭通過螺旋夾和氣體浮子流量計控制氣量以進行曝氣或反沖洗。泵:提升泵型號為加寶牌AP4500型潛水泵(中山市振華電器有限公司生產)，反沖洗時，作為反沖洗進水泵。回流泵型號為HL-5型恒流泵(上海市清浦滬西儀器廠生產)，流量 2 L/h～100 L/h。液體流量計:進水流量計采用余姚市銀環流量計有限公司生產的LZB-2型(1 L/h～10 L/h)、LZB-3型(10 L/h～100 L/h)流量計。試驗用水:太原某污水廠細格柵出水，進水水質:CODCr=390 mg/L;NH3-N=48 mg/L;NO-2-N=0.07 mg/L;NO3--N=0.16 mg/L;TN=60 mg/L;濁度為170 NTU。

1.2 試驗分析項目

試驗分析項目及儀器見表1。

表1 試驗分析項目及儀器

1.3 試驗方法

1.3.1 BAF的掛膜與啟動

將部分馴化好的污泥倒入已裝滿填料的濾池中，先悶曝24 h，悶曝結束后將濾池排空，再補充部分馴化好的污泥并加入適量營養物質，繼續悶曝24 h，悶爆持續 3 d。悶曝結束后再次將濾池排空并補充部分馴化好的污泥，然后開始用原水小流量連續進水并進氣，逐漸增加流量直至穩態運行為止。BAF啟動期間，每天測定COD和NH+4-N的去除情況。

1.3.2 BAF的整體運行效果

BAF啟動成功后，考察曝氣生物濾池在溫度15℃～25℃，pH值6.8～7.8，進水COD濃度為176 mg/L～392 mg/L，NH+4-N 濃度為38 mg/L左右，回流比為2∶1，氣水比為1∶1的運行條件下，流速分別為9 L/h，12 L/h，15 L/h三種不同水力負荷下(每個工況運行14 d)對生活污水的處理效果。

1.3.3 影響BAF脫氮的因素

1)水力負荷對BAF脫氮效果影響。水力負荷是影響BAF處理效果的重要因素之一，其大小會影響到生物膜的更新度、生物膜的厚度以及污水在反應器內的停留時間等，進而影響反應器的處理效果。此外，當進水污染物濃度一定時，水力負荷增大，有機負荷亦隨之增大。本試驗控制氣水比為2∶1，考察水溫為12℃～26℃，pH值為6.5～7.8的條件下，水力負荷分別為 1.15 m3/(m2?h)，1.53 m3/(m2?h)，1.91 m3/(m2?h)時對脫氮效果的影響。2)濾料層高度對BAF脫氮效果影響。填料層高度是影響BAF處理效果的主要因素。本試驗控制氣水比為2∶1的情況下，在最優水力負荷下，研究填料層高度在0 cm～360 cm的范圍內，BAF的脫氮效果變化。3)溫度對BAF脫氮效果影響。溫度是影響生物活性和代謝能力的關鍵因素，其對硝化反應過程的影響主要在于硝化細菌的生長規律及生物活性上[2，3]。控制氣水比為2∶1的情況下，在最優水力負荷下，研究溫度在12℃～26℃的范圍內變化時對BAF脫氮效果的影響。

2 結果與分析

2.1 曝氣生物濾池啟動結果與分析

由圖 1可知，BAF啟動 15 d后，COD去除率保持在75%左右，說明BAF已順利啟動。

2.2 曝氣生物濾池整體運行結果與分析

由圖2可知，BAF運行期間，出水COD濃度平均為 34.7 mg/L，平均去除率為87.6%。對氨氮的平均去除率為86.0%，平均出水濃度為2.7 mg/L;對濁度的平均去除率為98.1%。

2.3 曝氣生物濾池脫氮機理結果與分析

2.3.1 水力負荷對BAF脫氮效果影響

由圖3可知，水力負荷為1.91 m3/(m2?h)運行狀況最佳。

2.3.2 濾料層高度對BAF脫氮效果影響

由圖4可得，隨著濾料層高度的增加系統對氨氮的去除率先降低后逐漸增加;另外，試驗中發現，在濾料 120 cm～180 cm段為厭氧段，主要發生的是反硝化反應，去除大部分的硝態氮。高度210 cm～360 cm段為好氧段，發生硝化反應，去除大部分的氨氮。

2.3.3 溫度對BAF脫氮效果影響

由圖5可以看出，當溫度低于15℃時，曝氣生物濾池的硝化效能明顯受到抑制，去除率平均僅為15.73%，溫度在15℃～26℃變化時硝化效果變化不大，平均去除率68.98%。溫度對生物活性的影響表現為:1)對生化反應速率的影響;2)對氧的傳質速率的影響。利用生化反應和溫度關系計算得到[4]，溫度由26℃降到15℃，生化反應速率下降50%，和本試驗的研究結果很接近。說明在本試驗條件下，生化反應速率是反應的控制步驟。高溫硝化細菌生長、代謝速度相對較快，在相同的水力停留時間下，濾池的效率就好，去除率高;低溫時，硝化細菌生長、代謝速度相對較慢，在相同的水力停留時間下，濾池的效率就差。隨著溫度的升高系統對氨氮的去除率逐漸增加。

3 結語

1)通過試驗確定該系統較優化的運行參數:總HRT=2.9 h(缺氧段0.33 h，厭氧段=好氧段0.47 h，均是最短HRT)，氣水比1∶1～ 2∶1，系統回流比1∶1～ 2∶1。2)曝氣生物濾池前置反硝化工藝對有機污染物的去除效果顯著。COD平均去除率為87.69%，最高可達93.42%，出水COD的平均值為 35.09 mg/L，最低可達11.62 mg/L;反應器出水氨氮濃度的平均值為3.33 mg/L，去除率平均為85.36%。COD的降解在缺氧區內效率最高，缺氧區出水COD濃度平均為137.8 mg/L，缺氧區內COD的平均去除率高達36.36%;缺氧區出水氨氮濃度平均值為8.07 mg/L，氨氮在缺氧區內去除率平均為33.07%。3)反應器對懸浮物的去除效果一直很好，出水濁度基本保持在1 NTU以下，當進水中濁度出現沖擊負荷時，出水濁度略有升高，但最高值也只有4.00 NTU，而且在1 h后便恢復正常。4)水力負荷為1.91 m3/(m2?h)(不包括回流)時，系統對氨氮的去除效果最佳。

[1] 金吳云，劉燦燦，沈耀良，等.填料層高度對曝氣生物濾池處理效果的影響[J].江蘇環境科技，2008，21(3):1-4.

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