前置反硝化生物濾池用于污水處理廠提標改造的研究

丁夢玲 李紅麗 劉海濤 紀榮平

摘 要：為了提高污水處理廠的出水水質，使其從一級A標準提標到準Ⅳ類水標準，通過研究前置反硝化生物濾池對水體中有機物和氮素污染物的同步去除效果，采用珊瑚砂前置反硝化曝氣生物濾池+活性焦吸附濾池組合工藝，對兩個系統的各項運行參數進行優化，如A/O體積比、水力負荷、氣水比、回流比等，比較各工況下污染物的去除效果，得到較佳工況下的參數組合為：前置反硝化生物濾池中A/O體積比1：1，水力負荷0.60 m3/m2·h，氣水比5：1，回流比200%;活性焦吸附濾池中水力負荷0.60 m3/m2·h。

關鍵詞：前置反硝化;曝氣生物濾池（BAF）;提標改造

國務院印發的《水污染防治行動計劃》中，提出要加快現有城鎮污水處理設施建設及改造步伐，為了響應國家號召，有效防治水污染和實施環境保護，對污水處理廠的出水要求很多已經不滿足于一級A標準，即規定出水COD≤50 mg/L、NH4+-N≤5 mg/L、TN≤15 mg/L、TP≤0.5 mg/L，需要污水處理廠在原先的工藝上進行進一步的提標改造，將出水水質盡可能地靠近地表Ⅳ類水標準，即出水COD≤40 mg/L、TN≤10mg/L、NH4+-N≤2.0 mg/L、TP≤0.3 mg/L[1]。本項目采用珊瑚砂前置反硝化曝氣生物濾池+活性焦吸附濾池組合工藝，對污水處理廠污水進行提標改造，研究該工藝下最佳的參數組合。

1工藝流程

曝氣生物濾池（BAF）工藝屬于生物膜法污水處理工藝，具有處理效率高、水力停留時間短、占地面積小、能源消耗少且運行成本低的特點。前置反硝化生物濾池具有良好的脫氮性能，被廣泛運用于污水的深度處理。相較于后置BAF系統，前置BAF系統對COD的去除效果較好，硝化液回流對進水COD起到了稀釋作用，也是得D/N濾柱和C/N濾柱的生物膜生長更新加快，促進了反硝化菌進行反硝化脫氮。在未外加碳源時后置BAF系統對TN的去除效率較低，去除率僅為20%左右，而前置BAF的脫氮效率顯著，可達到60%以上[2]。

1.1.試驗裝置

與陶粒填料相比，珊瑚砂填料BAF更適合在較低的COD負荷下運行，因為珊瑚砂填料BAF對COD去除率隨進水COD容積負荷的提高而快速減小，而陶粒填料BAF的變化則相對平緩[3]。本項目旨在將水體從一級A標準提標到準Ⅳ類水標準，實驗運行工況下COD負荷較低，故選用珊瑚砂為填料更優。

相較于活性炭，活性焦的原料更加易得，價格也更加低廉[4]，其保留了活性炭吸附性能良好、化學性能穩定、可重復使用可再生的優點，活性焦可以通過物理和化學吸附將難降解有機物去除，適合用作污水處理的三級工藝，因此成為替代活性炭的新型吸附劑，已得到廣泛應用，故本實驗采用活性焦進行吸附。

1.2.掛膜啟動

常用的啟動掛膜的方法有兩種：一種是全程持續接種更新活性污泥的連續流培養;另一種是填料先與活性污泥混合悶曝，之后再進行間歇或者是連續培養。第一種方法既可以在設計流速下運行，也可以在逐漸增大流速的條件下運行，掛膜周期短，一般為20天，但污泥投加量大，出水水質波動較大，菌種附著在填料表面不牢固，且成功掛膜后生物膜的穩定性差。第二種方法所得到的生物膜較符合要求，且系統出水水質比較穩定，抗沖擊負荷能力也較強，但存在掛膜周期長的缺點，尤其在中低溫條件下一般要30～50d。綜合考慮兩種方法的優缺點，本試驗采用上述第二種方法進行掛膜。

先將揚州湯汪污水處理廠的污泥置于編號為1和2的塑料桶內悶曝，悶曝一段時間后進行靜沉，完成后將上清液排出，并更換為取自揚州大學揚子津東校區生活區化糞池的生活污水，沉淀后至污泥沉降性能良好，即泥水界面清晰。再將珊瑚砂和活性焦填料分別加入塑料桶1和2的活性污泥中，繼續加入生活污水并進行曝氣，使微生物能夠附著生長于填料表面。持續一段時間后可以觀察到，珊瑚砂和活性焦表面均出現黃色絮狀物質。如此之后，將珊瑚砂和活性焦注入相應有機玻璃反應柱內，同時以模擬配置的城鎮污水處理廠尾水繼續進行馴化。

反應器內的接種掛膜從2019年6月3號開始，到2019年7月4號結束，歷時31天。起初在較低的水力負荷下連續進水，并維持較高的溶解氧，試驗用水為人工模擬配制的一級A標準水，隨后逐漸增加水量，直至達到設計負荷，并啟動硝化液回流泵，此階段兩個反應器共持續運行10d。通過觀察后發現曝氣生物濾池（DN）段和活性焦吸附濾池表面生物膜呈黑色，而曝氣生物濾池（CN）段反應器中灰黑色的污泥顏色變成了棕褐色。調至設定工況，即水力負荷0.4 m3/m2·h、A/O體積比1：1、氣水比5：1、回流比200%，運行一段時間后，測定CODCr、TN和NH4+-N濃度并記錄，比較去除效果。

啟動初期，前置反硝化曝氣生物濾池對CODCr和NH4+-N的去除率只有27%和21%左右。反應穩定進行20天后，觀察后發現陶粒表面形成了黃褐色的膜狀物質， CODCr和NH4+-N的去除率分別達60.94%～61.54%和53.27%～55.90%，反應器運行穩定，可認為生物膜已掛膜成熟，啟動完成。

1.3.系統各參數優化

對珊瑚砂前置反硝化曝氣生物濾池系統和活性焦吸附池系統中的參數分別進行優化。利用正交實驗法，保持其他參數依照設計工況中的條件不變，按照下述不同參數組合運行設備，測定不同工況下的出水水質情況并記錄，計算比較CODCr和NH4+-N的去除率，最后得到較佳工況。

珊瑚砂前置反硝化曝氣生物濾池系統的優化，主要從以下4個方面進行：

A/O體積比：1：1、1：2和1：5;

水力負荷：q 0.40 m3/m2·h、0.60 m3/m2·h和0.80m3/m2·h。

氣水比：3：1、5：1和7：1。

回流比：100%、150%、200%。

活性焦吸附池系統中，主要考慮水力停留時間對系統處理效果的影響，優化內容主要為吸附池的水力負荷q，分別取0.40 m3/m2·h、0.60 m3/m2·h和0.80m3/m2··h。

2試驗結論

通過對系統各參數的優化，比較不同參數組合的工況下污染物的去除效果，可得出，前置反硝化生物濾池中A/O比1：1，水力負荷0.60 m3/m2·h，氣水比5：1，回流比200%，活性焦吸附濾池中水力負荷0.60 m3/m2·h時，系統對COD、TN、NH4+-N的去除效果最佳。

參考文獻：

[1]蘇俊新.城鎮污水處理廠一級A提標改造的關鍵因素及工藝選擇[J].中國資源綜合利用，2018，36（06）：45-48.

[2]劉紹根，李貴敏，夏嬌，羅月.后置/前置反硝化BAF處理生物絮凝出水對比研究[J].水處理技術，2016，42（12）：84-88.

[3]龍向宇，謝軍，唐然，方振東，馬穎，丁昭霞，詹博.珊瑚砂和陶粒填料曝氣生物濾池處理生活污水的對比[J].中國給水排水，2017，33（15）：20-24.

[4]衛冬麗，邢德山，韓虹琳.活性焦制備工藝對其性能的影響研究[J].電力科技與環保，2012，28（05）：11-14.

作者簡介：

丁夢玲，女，生于1999年4月，漢族，浙江紹興人，揚州大學本科在讀，環境工程專業

【基金項目】本文系2019年揚州大學大學生科創基金項目，項目編號：201911117110Y

（揚州大學 ?江蘇 ?揚州 ?225000）