四維脫氮除碳生物反應器用于處理生活污水試驗

徐慶榮

(1.中鋼集團馬鞍山礦山研究院有限公司；2.金屬礦山安全與健康國家重點實驗室；3.華唯金屬礦產資源高效循環利用國家工程研究中心有限公司)

目前，生活污水的主要處理方法為生化處理，生化處理工藝曝氣量大、多級脫氮過程、需補充碳源、占地面積大、運行費用高且操作管理復雜。國內外的專家學者通過研究高效處理生活污水工藝，推動污水處理工藝技術向節能、經濟、高效方向發展。目前，國內生活污水處理工藝水平與國外相比，還存在一定差距[1]。

為此，試驗采用四維脫氮除碳生物反應器處理生活污水。四維脫氮除碳生物反應器集合折流反應器、氣升式環流反應器、生物接觸氧化池和曝氣生物濾池等工藝的優點，無需回流、反沖洗設備和二沉池等后續處理單元，同時具有投資少、效率高、能耗低和操作維護簡單的特點。

1　試驗流程與試驗裝置

試驗流程為生活污水先由原水池經提升泵進入高位水箱，高位水箱的生活污水自流進入反應器；兩個閥門控制反應器的進水，一個閥門控制主流量，另一個閥門控制后續處理單元的分流流量，反應器最終污水溢流出去。試驗流程見圖1。

試驗裝置包括原水池、高位水箱、四維生物脫氮除碳反應器、風機、水泵和控制裝置。主體裝置為四維生物脫氮反應器池體、填料、風機和控制裝置。

(1)池體。池體材質為有機玻璃，尺寸為90 cm

×40 cm×90 cm，容積為240 L。

圖1　試驗流程

(2)填料。填料為復合填料，總高度為65 cm，距池底10 cm，包括纖維填料和顆粒濾料。顆粒填料采用陶粒濾料，安裝位置為進出水單元，直徑為3 mm，高度為10 cm；纖維填料單片直徑為150 cm，間距5 cm，進出水單元分別每組安裝11片，中部單元分別每組安裝13片，總共24組[2]。

(3)曝氣系統。反應器內均勻布置8根曝氣軟管，分別由8個電磁閥控制。

(4)控制裝置。控制裝置采用PLC控制系統，電磁閥狀態分別由PLC系統的8個控制位控制，電磁閥啟動和關閉時均延時10 s。

2　試驗用水及接種污泥

試驗用水取自某大學校內生活污水出水口，具體水質見表1。

試驗階段為提高原水的COD和NH3-N濃度分別投加葡萄糖和碳酸氫銨。接種污泥為馬鞍山市某

表1　試驗生活污水水質　mg/L

注：pH值無單位。

污水處理廠二沉池回流污泥。反應器運行中，進水流量為24 L/h，單點曝氣量為0.4 m3/h，分流比為5∶1，停留時間為10 h，pH值為7.0～8.0，水溫為25～30 ℃。

分析方法：pH值采用玻璃電極法，COD采用重鉻酸鉀法，NH3-N采用納氏試劑分光光度法，TN采用堿性過硫酸鉀紫外分光光度法。

3　試驗結果與討論

3.1　反應器對COD的去除效果分析

反應器穩定運行時對COD的去除效果見圖2。

圖2　反應器對COD的去除效果

由圖2可見，穩定運行階段四維脫氮除碳生物反應器對COD的去除效果較好，COD進水濃度為150～460 mg/L時，經反應器處理后出水濃度低于35 mg/L，平均去除率達到93.13%，出水COD濃度遠低于《城鎮污水處理廠污染物排放標準》(GB 18918—2002)的一級A排放標準[3]。雖然該反應器進水COD濃度波動幅度較大，但出水COD濃度值穩定值低于相應排放標準值，說明該反應器具有較高的COD去除能力和耐高COD沖擊負荷能力。

3.2　反應器對NH3-H的去除效果分析

反應器穩定運行時對NH3-N的去除效果見圖3。

圖3　反應器對NH3-N的去除效果

由圖3可見，穩定運行時進水NH3-N濃度為25～58 mg/L時，經反應器處理后出水NH3-N濃度低于5 mg/L，低于《城鎮污水處理廠污染物排放標準》(GB 18918—2002)的一級A排放標準值[3]，NH3-N去除率達到93.29%，NH3-N去除效果較好。但當進水NH3-N濃度波動較大時，出水NH3-N濃度超過5 mg/L。因此，反應器在實際運行過程中，需維持氨氮濃度在穩定范圍內，以保障較好的氨氮去除效果。

3.3　反應器對TN的去除效果分析

反應器穩定運行時對TN的去除效果見圖4。

由圖4可見，穩定運行階段當進水TN濃度為30～60 mg/L時，經反應器處理后出水TN濃度為20 mg/L左右時，滿足《城鎮污水處理廠污染物排放標準》(GB 18918—2002)的一級B排放標準[3]，平均去除率約為61.73%。反應器總氮去除效果一般，可能是由于反應器的控制條件不穩定，造成亞硝酸氮的積累，影響總氮的去除效果。

圖4　反應器對TN的去除效果

4　結　論

(1)采用四維脫氮除碳生物反應器處理生活污水試驗結果表明，當反應器COD、NH3-N和TN進水濃度分別為150～460 mg/L、25～58 mg/L和30～60 mg/L時，經反應器處理后出水濃度分別為20.4、1.64和17.2 mg/L，滿足《城鎮污水處理廠污染物排放標準》(GB 18918—2002)的一級排放標準。

(2)四維脫氮除碳生物反應器能夠有效、穩定的去除生活污水中的COD和NH3-N，并且有良好的耐沖擊負荷能力。

[1]周雹.國內外城鎮污水處理技術概況[J].天津市政設計，2003，4(3):74-75.

[2]王云.四維生物脫氮反應器理論與實驗研究[D].馬鞍山市:安徽工業大學，2012.

[3]國家環境保護局.GB 18918—2002城鎮污水處理廠污染物排放標準[S].北京：中國環境出版社，2002.