前置反硝化曝气生物滤池处理生活污水的研究

白慧玲 杨云龙

前置曝气生物滤池(BAF)是结合了生物接触氧化和给水处理中快滤池的设计理念，集生物吸附、物理截留和生物氧化为一体的污水处理工艺。前置反硝化曝气生物滤池工艺占地面积小，处理效率高且运行成本低，是一种有发展前途的污水处理工艺。

本试验采用前置反硝化曝气生物滤池处理生活污水，研究了前置反硝化曝气生物滤池工艺对COD、氨氮的去除效果，摸索其去除污染物质的规律，力求得出其最佳工况参数，为前置反硝化曝气生物滤池工程应用提供理论依据。

1 试验装置与方法

1.1 试验装置

本试验反应装置采用有机玻璃加工而成，4根滤柱组成的上流式曝气生物滤池。4根试验滤柱(记为柱1、柱2、柱3、柱4)内径均为100 mm，高度均为2 m，每根反应柱底部均设有进水口和进气口，侧面设有5个取样口。柱 1和柱2内部填充粒径为 5 mm～10 mm的陶粒，柱3和柱4内部填充粒径为3 mm～5 mm的黏土陶粒。

曝气装置:采用海利ACO-0090型电磁式空气压缩机连接乳胶管，末端加微孔曝气砂头通过螺旋夹和气体浮子流量计控制气量以进行曝气或反冲洗。泵:提升泵型号为加宝牌AP4500型潜水泵(中山市振华电器有限公司生产)，反冲洗时，作为反冲洗进水泵。回流泵型号为HL-5型恒流泵(上海市清浦沪西仪器厂生产)，流量 2 L/h～100 L/h。液体流量计:进水流量计采用余姚市银环流量计有限公司生产的LZB-2型(1 L/h～10 L/h)、LZB-3型(10 L/h～100 L/h)流量计。试验用水:太原某污水厂细格栅出水，进水水质: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;浊度为170 NTU。

1.2 试验分析项目

试验分析项目及仪器见表1。

表1 试验分析项目及仪器

1.3 试验方法

1.3.1 BAF的挂膜与启动

将部分驯化好的污泥倒入已装满填料的滤池中，先闷曝24 h，闷曝结束后将滤池排空，再补充部分驯化好的污泥并加入适量营养物质，继续闷曝24 h，闷爆持续 3 d。闷曝结束后再次将滤池排空并补充部分驯化好的污泥，然后开始用原水小流量连续进水并进气，逐渐增加流量直至稳态运行为止。BAF启动期间，每天测定COD和NH+4-N的去除情况。

1.3.2 BAF的整体运行效果

BAF启动成功后，考察曝气生物滤池在温度15℃～25℃，pH值6.8～7.8，进水COD浓度为176 mg/L～392 mg/L，NH+4-N 浓度为38 mg/L左右，回流比为2∶1，气水比为1∶1的运行条件下，流速分别为9 L/h，12 L/h，15 L/h三种不同水力负荷下(每个工况运行14 d)对生活污水的处理效果。

1.3.3 影响BAF脱氮的因素

1)水力负荷对BAF脱氮效果影响。水力负荷是影响BAF处理效果的重要因素之一，其大小会影响到生物膜的更新度、生物膜的厚度以及污水在反应器内的停留时间等，进而影响反应器的处理效果。此外，当进水污染物浓度一定时，水力负荷增大，有机负荷亦随之增大。本试验控制气水比为2∶1，考察水温为12℃～26℃，pH值为6.5～7.8的条件下，水力负荷分别为 1.15 m3/(m2◦h)，1.53 m3/(m2◦h)，1.91 m3/(m2◦h)时对脱氮效果的影响。2)滤料层高度对BAF脱氮效果影响。填料层高度是影响BAF处理效果的主要因素。本试验控制气水比为2∶1的情况下，在最优水力负荷下，研究填料层高度在0 cm～360 cm的范围内，BAF的脱氮效果变化。3)温度对BAF脱氮效果影响。温度是影响生物活性和代谢能力的关键因素，其对硝化反应过程的影响主要在于硝化细菌的生长规律及生物活性上[2，3]。控制气水比为2∶1的情况下，在最优水力负荷下，研究温度在12℃～26℃的范围内变化时对BAF脱氮效果的影响。

2 结果与分析

2.1 曝气生物滤池启动结果与分析

由图 1可知，BAF启动 15 d后，COD去除率保持在75%左右，说明BAF已顺利启动。

2.2 曝气生物滤池整体运行结果与分析

由图2可知，BAF运行期间，出水COD浓度平均为 34.7 mg/L，平均去除率为87.6%。对氨氮的平均去除率为86.0%，平均出水浓度为2.7 mg/L;对浊度的平均去除率为98.1%。

2.3 曝气生物滤池脱氮机理结果与分析

2.3.1 水力负荷对BAF脱氮效果影响

由图3可知，水力负荷为1.91 m3/(m2◦h)运行状况最佳。

2.3.2 滤料层高度对BAF脱氮效果影响

由图4可得，随着滤料层高度的增加系统对氨氮的去除率先降低后逐渐增加;另外，试验中发现，在滤料 120 cm～180 cm段为厌氧段，主要发生的是反硝化反应，去除大部分的硝态氮。高度210 cm～360 cm段为好氧段，发生硝化反应，去除大部分的氨氮。

2.3.3 温度对BAF脱氮效果影响

由图5可以看出，当温度低于15℃时，曝气生物滤池的硝化效能明显受到抑制，去除率平均仅为15.73%，温度在15℃～26℃变化时硝化效果变化不大，平均去除率68.98%。温度对生物活性的影响表现为:1)对生化反应速率的影响;2)对氧的传质速率的影响。利用生化反应和温度关系计算得到[4]，温度由26℃降到15℃，生化反应速率下降50%，和本试验的研究结果很接近。说明在本试验条件下，生化反应速率是反应的控制步骤。高温硝化细菌生长、代谢速度相对较快，在相同的水力停留时间下，滤池的效率就好，去除率高;低温时，硝化细菌生长、代谢速度相对较慢，在相同的水力停留时间下，滤池的效率就差。随着温度的升高系统对氨氮的去除率逐渐增加。

3 结语

1)通过试验确定该系统较优化的运行参数:总HRT=2.9 h(缺氧段0.33 h，厌氧段=好氧段0.47 h，均是最短HRT)，气水比1∶1～ 2∶1，系统回流比1∶1～ 2∶1。2)曝气生物滤池前置反硝化工艺对有机污染物的去除效果显著。COD平均去除率为87.69%，最高可达93.42%，出水COD的平均值为 35.09 mg/L，最低可达11.62 mg/L;反应器出水氨氮浓度的平均值为3.33 mg/L，去除率平均为85.36%。COD的降解在缺氧区内效率最高，缺氧区出水COD浓度平均为137.8 mg/L，缺氧区内COD的平均去除率高达36.36%;缺氧区出水氨氮浓度平均值为8.07 mg/L，氨氮在缺氧区内去除率平均为33.07%。3)反应器对悬浮物的去除效果一直很好，出水浊度基本保持在1 NTU以下，当进水中浊度出现冲击负荷时，出水浊度略有升高，但最高值也只有4.00 NTU，而且在1 h后便恢复正常。4)水力负荷为1.91 m3/(m2◦h)(不包括回流)时，系统对氨氮的去除效果最佳。

[1] 金吴云，刘灿灿，沈耀良，等.填料层高度对曝气生物滤池处理效果的影响[J].江苏环境科技，2008，21(3):1-4.

[2] Songming Zhu，Shulin Chen.The Impact of Temperature on Nitrification Rate in Fixed Film Biofilters[J].Aquacultural Engineering，2002 ，26(10):221-237.

[3] Antoniu P ，Hamilton J，Koolloway B ，et al.Effect of Temperature and pH on the Effective Maximum Specific Growth Rate of Nitrifying Bacteria[J].Wat.Res，1990 ，24(8):97-101.

[4] 刘 雨，赵庆良，郑兴灿.生物膜法污水处理技术[M].北京:中国建筑工业出版社，2000:128-143.

[5] 张凌娜，李 翔，钱宗琴.竖向流曝气生物滤池工艺在污水处理中的应用[J].山西建筑，2009，35(5):167-168.