曝氣生物濾池在校園生活污水處理中的試驗研究

蔡升云　胡友彪　丁建華

（1. 安徽理工大學地球與環(huán)境學院，安徽淮南232001；2. 中國地質 大學環(huán)境學院，湖北武漢430074）

摘要： 氣水比是影響曝氣生物濾池處理效果的一個重要因素， 試驗通過改變氣水比的值， 比較CO D〤r、 NH3N和濁度的處理效果。 研究結果表明： 在以活性炭作填料的曝氣生物 濾池中， 其最佳處理效果的氣水比為4∶1， 此氣水比下的COD〤r去除率為94.51％， NH3 N去除率為90.75％，濁度值為1.11NTU (Nephelometric Turbidity Unit，NTU)。 出水中COD〤r的濃度為13.44 mg/L，NH3N的濃度為3.12mg/L，出水效果較好。

關鍵詞：曝氣生物濾池; 校園生活污水;氣水比

中圖分類號：X703.1文獻標識碼：A[WT]文章編號：16721098(2008)02001104

Experimental Research on Campus Domestic Sewage

Treatment by BAF

CAI Shengyun HU Youbiao DING Jianhua2

(1. School of Earth and Environmental Science, Anhui University of Sc ience and Technology, Huainan Anhui 232001, China; 2. School of Environmental St udies, China University of Geosciences, Wuhan Hubei 430074, China) Abstract: The ratio of air to water is the important one of parameters influenci ng on sewage treatment effect of BAF.In experiment by changing ratio of air towatertreatment effect of COD〤r,NH3N and turbidity were studied.Theresultsindicate: inbiological aerated filter filled with activated carbon,the best r atio of air to water is 4∶1,with which treatment efficiencyofCOD〤r is94.51%, NH3N is 90.75% and turbidity is 1.11NTU(NTU is abbreviation of Neph elometric Turbidity Unit). In effluent concentration of COD〤r is 13.44 mg/L, ammonia nitrogen is 3.12 mg/L and the effect is good.

Key words:biological aerated filter; campus domestic sewage;ratio of air to water

曝氣生物濾池也叫淹沒式曝氣生物濾池（簡稱BAF），是20世紀70年代末在歐洲出現(xiàn)的一種 生物膜處理工藝，該技術突出特點是采用粒狀填料［1］，具有處理效果好，占地面 積小，基建及運行費用低，管理方便和抗沖擊負荷能力強等特點，在污水的有機物硝化去氮 ，反硝化脫氮、除磷等過程中具有良好的作用［23］。該技術特別適合于我國水處 理事業(yè)所面臨的資金不足、技術水平低的現(xiàn)狀，是適合我國國情的污水處理的新技術，該技 術即能使污水得以有效處理，又能使其適當回用，因而得以廣泛的應用。目前在國內，曝氣 生物濾池正處于推廣階段。大連市馬欄河污水處理廠、沈陽仙女河污水處理廠就是采用曝氣 生物濾池工藝的城市污水處理廠，上海周家渡水廠、遼河油田機械修造總廠等采用該工藝處 理一定的生活污水和工業(yè)污水［4］，其工藝運行水質及參數(shù)列于表1～表2中。表1工藝運行水質表

廠名水量/（m?d-1）[][ZB(][BHDG1*2,WK24W]進水[BHDG3*2,WK6。4W ]COD/(mg?L-1)BOD5/(mg?L-1)SS/(mg?L-1)NH3N/(mg?L-1)[ZB(][BHDG1*2,WK22W]出水[BHDG3*2 ,WK5*2。4W]COD/(mg?L-1)BOD5/(mg?L-1)SS/(mg?L-1)NH3N/(mg?L-1)沈陽仙河污水處理廠320 00038521223648709.69.8 0.99大連馬欄河污水處理廠C/N池10 000903855243379<2N池10 00040101035－－－遼河油田機械廠1 200300～500150～250170～200－－ －－7.5～8.2上海周家渡水廠4 080～7 2004.7～6.67－－－－－－－

表2國內部分工藝運行參數(shù)表

運行參數(shù)COD負荷/(kg?m-3?d-1)BOD5 負荷/ (kg?m-3?d-1)NH3N負荷/ (kg?m-3?d-1)濾速/（m?h-1） 氣水比濾池面積/m2反沖周期/h反沖強度/(m?h-1)水氣反沖時間/min大連馬欄河污水處理廠C/N池－4.040.25N池[]－[]1.13[]0.85[ZB)W]6.7－2.6 ∶112×6141510～30 9035遼河油田機械廠10～125～6[]－[]4～6[]4∶1[]－[]96～120[]10～ 30[]50～70[]10～15[BH]上海周家渡水廠[]－[]－[]－[]4.05～7.01[]1.9～1.1∶1－168～240545410

曝氣生物濾池處理污水的工作原理為：在濾池反應器中填裝一定的粒徑較小 的粒狀濾料，濾料上生長的生物膜微生物的氧化分解作用、填料及生物膜的吸附截留作用和 沿水流方向形成的食物鏈分級捕食作用以及生物膜內部微環(huán)境和厭氧段的反硝化作用，使污 水得以凈化處理［5］。首先是微生物附著在填料表面上，污水在流經載體表面過程 中，通過有機營養(yǎng)物的吸附，氧向生物膜內部的擴散以及膜中所發(fā)生的生物氧化作用，對污 染物進行降解。在生物濾池中，污染物、溶解氧及各種必需的營養(yǎng)物質首先要經過液相擴散 到生物膜表面，進而到生物膜內部，不但維持了膜上生物群的生長，而且擴散到生物膜表面 或內部的污染物也有機會被生物膜生物所分解與轉化，最終形成各種代謝產物（CO2、H 2O等）。

高校作為人口高密集生活區(qū)，具有用水量大污水產生量也大，生活污水水質相對單一，且水 質變化不大的特點，進行適當處理就可以作為中水回用于綠化、 廁所沖洗、 工業(yè)用水、景 觀用水等， 以節(jié)約水資源。 用曝氣生物濾池進行試驗， 考察不同氣水 比對污水中污染物去除的情況，為曝氣生物濾池應用于校園污水處理提供理論依據。 1試驗

1.1試驗裝置與分析方法

1.1.1試驗裝置試驗采用的曝氣生物濾池的結構（見圖1）：

圖1曝氣生物濾池裝置示意圖シ 應器采用直徑為9 cm， 高度為150 cm的有機玻璃柱， 填料為柱狀 活性炭， 粒徑2～4 mm， 高度35 cm。反應器最底層是支撐填料的 承托層。承托層由三部分組成：最底層是布有均勻小孔的塑料板，塑料板上層是大塊的石子 ，石子上面是碎石。1.1.2試驗方法試驗所用污水均來自于某高校新校區(qū)生活污水總排放口 ，每天取水一次。其原水水質見表3。

表3試驗進水水質平均值

水質指標COD/（mg?L-1）NH3N/（mg?L-1）濁度 /（NTU）pH水溫/℃原水261.6952.14－7.423出水52.706.881.177.223

試驗分析指標有：COD〤r、NH3N和濁度，采用的檢測方法分別是微波密封消 解COD速測儀法［6］、納氏試劑分光光度法和濁度儀法［7］，使用的實 驗儀器主要有微波密封消解COD速測儀、752S紫外可見分光光度計，WG71電熱鼓風干燥爐 和WGZ200濁度儀等。

1.2試驗啟動及運行

試驗掛膜主要分為兩個階段，第一階段：采取循環(huán)進水，氣水混合液從底部同時進入，氣體 由曝氣機加入，污水由水泵加入，經24 h循環(huán)后，重新?lián)Q水。第二階段：在第 一階段掛膜方式下行7 d后，改為悶曝掛膜，即污水從上方一次加入，底部只有 氣體進入，撤去底部的水泵。一次悶曝24 h后，把水排出，重新加入污水。悶 曝3周后，肉眼可見反應器的頂部內壁上附著大量絲狀絮體，活性炭表面包裹的生物膜顏色 逐漸加深，由絨狀變?yōu)辄S色生物膜［8］。但是由于活性炭本身顏色的影響，這種顏 色的變化并不是十分明顯。這時，從填料表面取出少許生物膜對其進行了鏡檢，顯微 鏡下觀察發(fā)現(xiàn)，生物膜中含有大量的絲狀微生物，以及輪蟲、變形蟲等，同時檢測反應器出 水的COD〤r、氨氮、濁度值及去除率，COD〤r去除率>25％［9］，生物膜 厚度>0.2 mm，鏡檢微生物良好且穩(wěn)定。至此掛膜階段完成。

2試驗結果與討論

2.1不同氣水比下的COD〤r的去除率

在水力停留時間為4 h，填料為活性炭，高度為35 cm，水溫為17～ 25 ℃左右，保持進水量為1.0 m/(m2?h)，通過改變進氣量 ，連續(xù)穩(wěn)定運行下測量的COD〤r的去除率。

圖2是根據測得數(shù)據繪制的COD〤r的去除率隨氣水比變化的關系曲線。氣水比比值

圖2COD〤r在不同氣水比下的去除率

從圖2中可以看出，COD〤r的去除率隨進氣量的變化而變化，隨著進氣量的增加，去除 率達到最高點后又開始下降，最高點的去除率達到94.51％，水中的污染物基本被去除，出 水中COD〤r的濃度僅為13.44 mg/L，達到預期的處理效果，出水水質較好 ，此時的氣液比為4∶1。開始時進氣量小去除率也低，主要是水中的溶解氧濃度低，微生物 出現(xiàn)營養(yǎng)不足，使水中的有機物質沒有得到完全分解，因而去除率低。隨著進氣量的增多， 氣水比達到最佳的比例，氣體中氧的利用率達到最高值，水中的營養(yǎng)物充足，微生 物處于最佳的工作狀態(tài)，水中有機物能夠被完全分解，所以COD〤r的去除率高。而當 進氣量再增大時，巨大的氣體流將填料托起，并對填料上的微生物形成巨大的沖擊作用，使 填料上的生物膜部分脫落，從而影響了微生物的工作，使有機物未被分解便隨出水排出。因 此在實際處理中應該選擇合適的氣水比，使污水達到最佳的處理效果，同時氧氣達到最佳的 利用效率，以減少經濟損失。

2.2不同氣水比下的氨氮的去除率

在BAF連續(xù)穩(wěn)定運行的條件下，測得氨氮的去除率結果。

圖3是根據測得數(shù)據繪制的氨氮的去除率隨氣水比變化的關系曲線。

氣水比比值

圖3氨氮在不同氣水比下的去除率從圖3中可以看出，氨氮的去除率如同COD〤r的去除率一樣，隨著進氣量的增加，去除 率達到最高點后又開始下降，但氨氮的去除率相對穩(wěn)定，其去除率均在84%以上，不像CODCr的去除率變化那樣大。生物脫氮是由硝化和反硝化兩個生化過程完成的，首先是在好 氧條件下進行硝化使含氮有機物被分解成氨，氨進一步轉化成硝態(tài)氮，然后在厭氧條件下進 行反硝化，硝態(tài)氮還原成氮氣溢出。當氣水比較低時，水中溶解氧較少硝化作用較差，使含 氮有機物不能完全被細菌分解成氨，從而去除率相對較低。而氣水比較大時，硝化作用較強 但是反硝化作用較弱，所以硝化作用的氨不能完全轉化為氮氣而溢出，因此去除率也相對較 低。只有氣水比在4∶1左右時硝化反硝化作用都較強，所以去除率較高可達到90.75％。在 氣水比達到較好的比值下，去除率還在波動的原因是由于反沖洗的原因造成的，影響了生物 膜的工作。

2.3氣水比對出水濁度的影響

圖4是出水濁度隨氣水比變化的關系曲線。

試驗中裝置對濁度的去除主要有三個方面：一是靠生物膜的吸附作用和生物膜的降解作用， 這是濁度值去除的主要因素；二是活性碳填料的吸附作用，活性碳本身就是很好的吸附劑， 可以吸附水中的污染物；三是填料縫隙間的截留作用。通過它們的綜合作用使?jié)岫鹊玫浇?低。從圖4中可以看出，進氣量小氣水比小時，水中污染物沒有得到完全去除，出水濁 度值較大，但是當進氣量大時，氣體較大，對生物膜有較大的沖擊作用，使填料間截留的污 染物及脫落的生物膜一起隨出水出來，所以濁度值也較大。只有在氣水比4∶1左右時 ，濁度值比較低，可達到1.11 NTU，去除效果較好。

氣水比比值

圖4濁度測量值與氣水比的變化

3結論

（1） 通過試驗可以得出曝氣生物濾池對校園生活污水具有很好的處理效果，為曝氣生物濾 池在校園生活污水處理的工程運行中提供氣水比依據。

（2） 在試驗條件下，當氣水比在1∶1～12∶1時，COD〤r出水濃度最低為13.44 mg/L，去除率最高達到94.51％；氨氮出水濃度為1.96 mg/L，去除率為 90.75％，濁度最低值為1.06 NTU。

（3） 綜合COD〤r、 氨氮、 濁度的去除率，認為曝氣生物濾池處理校園生活 污水的最佳氣水比是4∶1。試驗出水已達到中水處理標準，可以回用于校園的綠化及 沖廁用水。

參考文獻：

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(責任編輯：宋曉梅)