基于BIOSTYR技術的再生水廠進水水質特征及處理效果分析

周益濤 羅艷麗

摘要：以采用BIOSTYR處理工藝的CB再生水廠為研究對象，對該廠1年內進出水SS、COD、BOD5、TP、TN等水質指標進行觀測，分析其動態變化規律和處理效果，旨在正確評價BIOSTYR處理城市污水的效能，為提升BIOSTYR處理效果提供理論基礎，并為其他同類型水廠提供參考。結果表明：進水水質各參數整體呈現季節周期性變化，其中氮、磷指標指數相對偏高。

關鍵詞：BIOSTYR技術;再生水廠;水質特性;處理效果

中圖分類號：X832 文獻標識碼：A 文章編號：2095-672X（2019）10-00-02

DOI：10.16647/j.cnki.cn15-1369/X.2019.10.052

Abstract：Taking the CB reclaimed water plant adopting BIOSTYR treatment process as the research object， the water quality indexes such as SS， COD， BOD5， TP and TN of the inlet and outlet water were observed in the plant within one year， and the dynamic change law and treatment effect were analyzed， aiming to correctly evaluate the BIOSTYR treatment. The efficiency of urban sewage provides a theoretical basis for improving the treatment effect of BIOSTYR and provides reference for other water plants of the same type. The results show that the parameters of the influent water quality show seasonal changes in the whole， and the index of nitrogen and phosphorus is relatively high.

Keywords： BIOSTYR technology;Reclaimed water plant;Water quality characteristic;Treatment effect

1 再生水廠概況

新疆某市CB再生水廠，以城市二級污水處理廠出水為水源，采用法國威立雅公司的曝氣生物濾池和高密度沉淀池專利技術，出水主要用于景觀綠化用水，出水標準滿足國家現行的《城鎮污水處理廠污染物排放標準》（GB18918-2002）中的一級A標準。

本廠采用高效曝氣生物濾池（BIOSTYR）工藝（如圖1），曝氣生物濾池為淹沒式上向流曝氣生物濾池，濾料為懸浮在水中的小球體，由濾板擋住防止流失。濾料表面附著的微生物可降解大量有機污染物，并且通過硝化和反硝化反應，能夠將氮污染物轉化為氮氣去除。共設6格硝化濾池與4格反硝化濾池，其中硝化曝氣生物濾池單格面積為173m2，平均濾料粒徑4mm，濾料厚度3.5m，平均濾速4.7m/h，峰值濾速6.8 m/h，濾料氨氮負荷0.915 kg/m3/d，反沖洗水強度65m3/m2/h，反沖洗氣強度12Nm/h。反硝化曝氣生物濾池單格面積為173m2，濾料平均粒徑4.5mm，濾料厚度2.5m，平均濾速6.3m/h，峰值濾速13.1m/h，濾料硝酸鹽負荷1.57kg/m3/d，反沖洗水強度70m3/m2/h，反沖洗氣強度12 Nm/h。此外，配置濾池供氣鼓風機7臺（平均流量時4用3備，峰值流量時5用2備），單臺鼓風機生產能力6740 Nm3/h，平均耗氣量200 000～234 420Nm3/h，高峰空氣流動20211Nm3/h，最大升壓1200mmBar。

2 材料與方法

本文重點分析CB再生水廠2015年1-12月全年實際進水水質特征及硝化濾池和反硝化濾池的處理效果。主要分析指標為化學需氧量（COD）、生物化學需氧量（BOD5）、總磷（TP）、總氮（TN）、懸浮物質（SS）、pH、氨氮（NH4-N）、硝酸鹽氮（NO3-N）、正磷酸鹽（P-PO4）9個水質指標，水質指標采用國家及行業標準方法進行測定，具體方法見表1。然后根據進出水水質數據計算氨氮轉化率、氮的去除率。計算公式如下：

3 結果與討論

3.1 進水水質特征分析

該再生水廠進水主要水質指標統計分析結果見表2，一年中再生水廠進水水質各參數均值分別為：pH值7.61，BOD5值18.89 mg·L-1，COD值69.92 mg·L-1，均符合《污水綜合排放標準》[14]（GB8978-1996）的二級排放標準。而SS值34.52 mg·L-1，TN值49.73 mg·L-1，NH4-N值37.75 mg·L-1，TP值1.89 mg·L-1，P-PO4值1.32 mg·L-1則是高于二級排放標準，說明進水指標中氮、磷指標偏高，這與河東污水處理廠出水中氮、磷不做處理要求有直接關系。由圖2（2A、2B）可知COD、BOD5、SS波動較為明顯，且波動趨勢一致，固體懸浮物濃度在污水中含量較高時化學需氧量數值也較高。進水的TN、NH4-N指標全年動態變化波動較弱，但明顯看出TN、NH4-N指標相對偏高。

總的來說，廠區進水的污水水質各參數隨著季節變化呈周期性變化，這與前人研究結果一致，均為夏季均值較高，動態變化波動較明顯;冬季時均值降低，且其動態變化波動較弱，這很大程度上與冬季污水排放量降低有關。

3.2 兩種濾池對污水處理的效果評價

3.2.1 兩種濾池脫氮效果分析

硝化濾池中氨氮轉化率和反硝化濾池氮的去除率見表3。硝化濾池的氨氮轉化率基本維持在60%以上，但在氨氮進水指標小于10mg/L時轉化效果就會受到影響。反硝化濾池對氨氮的去除作用在6月以后浮動較大，普遍看來，在反硝化濾池進水指標大于30mg/L時，反硝化濾池對氨氮的去除效果就會受到影響，因此認為進水氨氮濃度是影響氨氮去除效果的重要影響因子，這與前人結果一致。

此外，BOD5/TN比值（即C/N比）是判別能否有效脫氮的重要指標，研究表明生物脫氮反硝化過程主要以利用進水水質中含碳的有機物作為電子供體，比值越大，說明碳源越充足，則反硝化越徹底。本研究中對兩種濾池的C/N進行分析（如表4），結果發現：硝化濾池水質中C/N比普遍較低，對總氮的去除效果較差，而反硝化濾池的C/N比要高于硝化濾池，說明反硝化濾池對去除污水中總氮起主要作用。同時反硝化濾池水質中C/N比大都在4以下，說明廠區在去除總氮上仍然有提升的空間。硝化濾池與反硝化濾池中的總氮去除效果具有明顯差異，反硝化濾池的作用要大于硝化濾池。

3.2.2 兩種濾池對污水中去磷效果分析

近年來，曝氣生物濾池在除磷效果中有很多報道，一致認為：曝氣生物濾池的除磷效果并不顯著，一般曝氣生物濾池對總磷的去除效率基本在35%～40%范圍內，其原因主要是由于濾池投入的濾料對進水污染物的吸附作用，導致部分固體磷從廢水中分離，最終以剩余沉淀污泥的形式排出系統外。本研究以表5為基礎，對P-PO4和TP去除效果進行分析（圖3）發現：反硝化濾池對P-PO4和TP的去除率為36.24%和47.21%，硝化濾池為23.54%和27.24%，去除效果仍不顯著。其原因可能是受到濾池含氧量、水溫、碳源、pH值的影響，同時，濾池中含磷的廢棄物未及時清出濾池。

3.2.3 兩種濾池對污水中COD、BOD5、SS去除效果分析

在再生水處理中，除了氨氮、磷的去除效果是評價曝氣生物濾池處理效果的主要指標之外，COD、BOD5、SS同樣是重要的評價指標，同時這也是污水處理中用于表征污水中有機物含量的最常用指標，本研究以表6為基礎，研究兩種生物濾池對COD、BOD5、SS的去除情況如下所示，進水的COD、BOD5、SS值波動較大;兩種濾池出水水質中COD、BOD5、SS濃度含量均較為穩定，這表明兩種濾池對其具有良好去除能力。其中，硝化濾池對COD和BOD5的去除作用明顯要優于反硝化濾池。

此外，當進水水質中COD、BOD5、SS濃度越高，硝化濾池對其去除率則會相應較高，其濃度越低時相應地去除率也較低。其原因可能是進水水質中碳氮比很低，以有機物為營養底物的好氧異養菌攝取的營養物質不足，使得其繁殖和生長速度都比硝化菌慢，爭取營養底物和氧的競爭力也比硝化菌弱，導致好氧異養菌不能成為優勢菌種，對有機物的去除效果并不穩定。另一方面，反硝化濾池對SS的去除率較高，其原因可能是本研究中濾池屬于上向流曝氣生物濾池，濾床的生物降解能力較強而過濾截留作用稍差，加之濾池表面由于透光性好且污水中微生物和含碳有機物充足，因此在反應的器械上形成了一層新的生物膜，這層生物膜隨著時間的增長會逐漸掉落，掉落的生物膜會增大出水的渾濁度和懸浮物，因此在硝化濾池出水中SS含量相對較高。

4 結論與建議

進水水質各參數整體呈現季節周期性變化，其中氮、磷指標指數相對偏高。硝化濾池和反硝化濾池對廠區污水指標的凈化作用不一樣，其中反硝化濾池對TN、P-PO4、TP和SS去除率效果較為明顯;而硝化濾池則對COD、NH4-N和BOD5的去除作用明顯要優于反硝化濾池。

在進行再生水廠運行過程中要達到穩定的去除效果和脫氮去磷的目的，建議首先應保持進水水質的穩定性，夏季與冬季進水水質的各項指標存在明顯差異，應及時根據季節溫度變化調整曝氣生物濾池的各項運行指標。其次，建議可以增強硝化濾池中硝化作用和去除COD和BOD5的作用，同時在反硝化濾池中增加碳源調整C/N比以提高TN的去除率。

參考文獻

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[2]管洪艷，賈權，杜云霞，等.曝氣生物濾池法污水深度處理及回用[J].水處理技術，2007，33（2）：74-76.

[3]從廣治，白宇，張杰，等.生物膜過濾技術處理污水廠二級出水[J].中國給水排水，2002，18（12）：48-50.

收稿日期：2019-07-10

作者簡介：周益濤（1987-），男，漢族，本科，給水排水工程師，研究方向為環境工程。