雙濾料曝氣生物濾池污水深度處理的研究

張尊舉

（中國環(huán)境管理干部學院，河北 秦皇島 066004）

雙濾料曝氣生物濾池污水深度處理的研究

張尊舉

（中國環(huán)境管理干部學院，河北 秦皇島 066004）

采用陶粒、沸石為濾料的曝氣生物濾池對生物處理系統(tǒng)二級出水進行深度處理回用，研究了水力停留時間、氣水體積比對污染物COD和NH3-N處理效果的影響。結(jié)果表明：水力停留時間為8 h，氣水體積比為3∶1的工況下，處理效果較好。穩(wěn)定運行后，出水COD、BOD5、SS、NH3-N、TP和色度平均值分別為15.6 mg/L、3.2 mg/L、8.5 mg/L、1.24 mg/L、0.40 mg/L和8度，達到《城市污水再生利用—城市雜用水水質(zhì)》 （GB/T 18920-2002）標準，出水可用于道路清掃、綠化等。

陶粒；沸石；曝氣生物濾池；水力停留時間；氣水體積比

曝氣生物濾池構(gòu)造簡單，容易操作，出水水質(zhì)好，污泥量少，運行費用低，是城市居民生活污水處理比較理想的工藝[1，2]。隨著曝氣生物濾池應用技術(shù)的發(fā)展，曝氣生物濾池在微污染廢水深度處理方面的應用日漸普遍，并發(fā)展出很多種類，但這些曝氣生物濾池的關(guān)鍵部分還是濾料[1-4]。微污染廢水中污染物種類繁多，依靠當前單一濾料的處理能力，已經(jīng)不能達到理想化的綜合處理效果[3，4]。針對這一問題，試驗以取得高質(zhì)量出水水質(zhì)為目的，采用陶粒和沸石兩種濾料組合形成的雙濾料曝氣生物濾池，進行校園污水深度處理回用的研究。

1 工藝與方法

1.1 工藝流程

河北省某環(huán)境類高校采用荷蘭援助的分散式一體污水處理裝置（Bever系統(tǒng)）處理校園生活污水，日處理量為12 m3，出水水質(zhì)接近于生活雜用水要求[5]。為了實現(xiàn)污水的資源化利用，同時為在校學生提供中水回用實踐平臺，項目采用陶粒、沸石雙濾料曝氣生物濾池對分散式一體污水處理裝置出水進行深度處理，處理出水回用于教學樓、辦公樓的沖廁和道路、地面清洗用水。設計水量為10 m3，工藝流程如圖1所示。

雙濾料曝氣生物濾池采用陶粒和沸石濾料。陶粒濾料是一種常用的水處理填料，具有生物附著能力強、容易掛膜、截污能力強和容易反沖洗等優(yōu)點[6]；沸石濾料作為一種極性吸附劑，是一種良好的生物載體，并且對水中NH4+具有離子交換作用和選擇吸附性，對水體中的氨氮、色度吸附降解優(yōu)于其他濾料[2]。將兩者合理的結(jié)合，有利于系統(tǒng)的啟動和污染物的去除。該濾池濾料粒徑為3～6 mm，填料高度為0.4 m（承托層）+1.8 m（生物陶粒層）+1.0 m（陶粒沸石混合層），底部采用穿孔曝氣；反沖洗采用的是氣、水共同反沖方式，反沖洗氣強度為10 L/（m2·s），反沖洗水強度為7.0 L/（m2·s）。

圖1 污水處理工藝流程

1.2 污水水質(zhì)與分析方法

雙濾料曝氣生物濾池進水為Bever系統(tǒng)處理出水，由水泵自中間水池泵入，Bever系統(tǒng)自2008年8月調(diào)試正常運行至今，其出水水質(zhì)如表1所示。

反應器運行過程中，每天取樣1次，水樣中COD、BOD5、NH3-N和TP等指標的測定均采用《水和廢水監(jiān)測分析方法》中的標準方法，采用多次對比試驗來控制數(shù)據(jù)質(zhì)量。前后2次監(jiān)測數(shù)據(jù)偏差要求小于5%，取平均值作為測試結(jié)果。

表1 雙濾料曝氣生物濾池進水水質(zhì)

1.3 實驗方法

為了盡快啟動曝氣生物濾池，雙濾料曝氣生物濾池采用接種掛膜方式進行生物膜培養(yǎng)，接種污泥采用污泥取至Bever系統(tǒng)好氧區(qū)混合液，間歇進水，DO控制在2 mg/L以上，18 d左右，COD及氨氮去除效果穩(wěn)定，認為掛膜成功。曝氣生物濾池系統(tǒng)進入正式運行階段。

裝置運行進水水溫為20～25℃，實驗通過改變曝氣生物濾池系統(tǒng)的水力停留時間和氣水體積比，考察水力停留時間及氣水體積比對進水中COD、NH3-N等去除效果的影響，確定最佳的運行工況。

2 結(jié)果與討論

2.1 水力停留時間的影響

系統(tǒng)運行的氣水比穩(wěn)定在3∶1，調(diào)節(jié)曝氣生物濾池的進水流量，分別控制它的水力停留時間為2 h、4 h、6 h、8 h、10 h、12 h、14 h、16 h，每個水力停留時間穩(wěn)定運行10 d后，測定進、出水COD、NH3-N濃度，實驗結(jié)果如圖2所示：

圖2 不同水力停留時間對COD、NH3-N處理效果的影響

圖2表明當水力停留時間分別為2～16 h時，曝氣生物濾池對COD、NH3-N的去除效率分別為50%～70%和60%～90%，并且隨著水力停留時間的增加，COD、NH3-N的去除率增加，這是因為接觸時間過小導致大部分有機物還未來得及擴散、吸附和微生物降解便隨水流出反應器，去除效果較差；增加水力停留時間，延長了污染物擴散、吸附及與生物膜的接觸時間，從而使污染物被微生物氧化分解而去除[8，9]。

曝氣生物濾池的水力停留時間超過6 h后，出水COD去除率隨水力停留時間的變化很??；水力停留時間大于8 h后，NH3-N的去除率上升趨于平緩，這可能是進水中大部分的COD、NH3-N已被微生物降解，曝氣池內(nèi)的營養(yǎng)基質(zhì)過低，導致污染物的去除率隨水力停留時間的增加變化趨于平緩[9，10]。

增大水力停留時間，污水中COD、NH3-N等污染物去除率提高，但會導致處理的水量減少或增加反應器的池容[7，10]。從經(jīng)濟因素考慮，不能無限制地延長水力停留時間，結(jié)合污染物的去除效果和經(jīng)濟效益，曝氣生物濾池設備運行的水力停留時間控制為8 h。

2.2 氣水體積比的影響

曝氣生物濾池的水力停留時間控制為8 h，通過調(diào)節(jié)系統(tǒng)的曝氣量，控制曝氣量和進水量體積比分別為1∶1，2∶1，3∶1，4∶1，5∶1，在每個氣水比條件下，系統(tǒng)穩(wěn)定運行10 d后，監(jiān)測出水水質(zhì)（COD、NH3-N），運行效果如圖3所示。

圖3 不同氣水比對COD、NH3-N處理效果的影響

圖3表明當氣水比分別為1∶1，2∶1，3∶1，4∶1 和5∶1時，有機物的去除率為55.8%、63.3%、66.9%、67.8%和67.5%，氨氮的平均去除率分別為62.7%、73.8%、84.1%、87.8%和87.9%。

COD的去除率隨著氣水比的增加而增加，氣水比增大即加大了系統(tǒng)的曝氣量，提高了污水的溶解氧，使濾料上附著的好氧微生物的活性和氧化降解污染物的速率增加，COD去除率升高；同時氣水比的增加，加快了水體的攪動，促進生物膜的脫落和更新，保持生物活性[3，7]。當氣水比升高到5∶1時，有機物的去除率變化很小，這可能是曝氣量增大，水體攪動過大，生物膜脫落較快，更新較慢，并且池內(nèi)營養(yǎng)物不足，微生物活性低，難以在填料表面附著生長[7，9]。

在曝氣生物濾池的濾料上，去除氨氮的自養(yǎng)硝化細菌對溶解氧的利用相比降解有機物的異養(yǎng)菌處于劣勢，因此當增加氣水比時，充足的溶解氧會向硝化細菌擴散、滲透，加快硝化速率；與此同時，提高氣水比帶來的水力沖刷作用，加快了濾料表面老化生物膜的脫離更新，有利于氨氮等污染物的去除[9]。因此，隨著氣水比的增加，NH3-N和COD的去除效果都會增加，且NH3-N去除效果較COD明顯。

提高氣水比，會增加系統(tǒng)運行的動力消耗，加大污水處理費用，因此考慮污水處理效果和處理費用，雙濾料曝氣生物濾池的氣水比采用3∶1。

2.3 運行效果

水力停留時間控制為8 h、氣水體積比為3∶1的工況，連續(xù)穩(wěn)定運行60 d，經(jīng)監(jiān)測，出水水質(zhì)指標的平均結(jié)果統(tǒng)計見表2：

表2 雙濾料曝氣生物濾池出水水質(zhì)

從表2的監(jiān)測統(tǒng)計數(shù)據(jù)可以看出，采用雙濾料曝氣生物濾池對二級出水進行深度處理后，出水COD、BOD5、SS、NH3-N、TP和色度平均值分別為15.6 mg/L、3.2 mg/L、8.5 mg/L、1.24 mg/ L、0.40 mg/L和8度，滿足城市雜用水水質(zhì)標準GB/T 18920-2002的要求。

2.4 效益分析

2.4.1 社會效益和環(huán)境效益

首先可以作為學校的實踐平臺，進行環(huán)境實踐教學，提高學生水污染治理知識和技能；其次，可在Bever系統(tǒng)的基礎(chǔ)上再減少COD排放量約0.12 t/a；減少氨氮排放量約0.03 t/a；另外，Bever系統(tǒng)和曝氣生物濾池結(jié)合，占地約20.6 m2，結(jié)構(gòu)緊湊，適合于城鎮(zhèn)居民小區(qū)分散污水的處理[3]。

2.4.2 經(jīng)濟效益

污水處理系統(tǒng)日耗電量約為4.0 kW·h，電費以0.8元/（kW·h）計，則日耗電費為3.2元，處理費用約為0.4元/t水（計人工費和折舊費），污水處理后可用于教學樓和辦公樓沖廁，現(xiàn)回用量為10 t/d，可節(jié)約自來水3 600 t/a，自來水費用為3.6元/t計，可節(jié)約自來水費用1.29萬元/a。

3 結(jié)論

陶粒、沸石雙濾料曝氣生物濾池結(jié)構(gòu)緊湊、處理效果好，適用于生活污水二級出水的深度處理，處理效果良好。采用陶粒、沸石的雙濾料曝氣生物濾池對分散式一體污水處理裝置（Bever系統(tǒng)）出水進行深度處理，在水力停留時間為8 h、氣水比3∶1的工況下，處理效果最佳，出水能夠達到回用標準。

雙濾料曝氣生物濾池工藝的運行，可作為環(huán)境工程學生實習實訓的教學平臺，同時出水能夠用來沖廁、綠化，減少自來水的用量，降低環(huán)境污染和系統(tǒng)運行成本，具有顯著的社會效益、環(huán)境效益和經(jīng)濟效益。

[1]鄭俊，吳浩汀.曝氣生物濾池工藝的理論與工程應用[M].北京：化學工業(yè)出版社，2004：14-35.

[2]彭劍鋒，宋永會，高紅杰，等.不同填料曝氣生物濾池對河水的凈化效能[J].環(huán)境工程技術(shù)學報，2011，1（4）：339-343.

[3]張杰，曹相生，孟雪征.曝氣生物濾池的研究進展[J].中國給水排水，2008，18（8）：26-28.

[4]LU X，YANG B，CHEN J，et al.Treatment of wastewater containing azo dye reactive brilliant red X-3B using sequential ozonation and upflow biological aerated filter process[J].Journal of Hazardous Materials，2009，161（1）：241-245.

[5]張尊舉，張連凱，張仁志.緊湊式污水處理系統(tǒng)處理回用校園生活污水[J].環(huán)境工程，2011，29（4）：21-22，34.

[6]江萍，胡九成.國產(chǎn)輕質(zhì)球型陶粒用于曝氣生物濾池的研究[J].環(huán)境科學學報，2002，22（4）：459-464.

[7]鮑家華，閔浩，夏曉虹，等.復合填料曝氣生物濾池在中水回用中的應用研究[J].水處理技術(shù)，2012，38（5）：84-86.

[8]邱立平，馬軍.水力停留時間對曝氣生物濾池處理效能及運行特性的影響[J].環(huán)境污染與防治，2004，26（6）：432-436.

[9]WANG X，CHEN S，GU X，et al.Pilotstudy on the advanced treatment of landfill leachate using a combined coagulation，F(xiàn)enton oxidation and biological aerated filter process[J].Waste Management，2009，29（4）：1354-1358.

[10]葉恒朋，陸少鳴，杜冬云，等.臭氧-生物活性炭深度處理工藝對微污染原水中營養(yǎng)物的去除研究[J].水處理技術(shù)，2010，36 （2）：88-91.

（編輯：程 ?。?/p>

Application of Double Filter Media Biological Aerated Filter to Advanced Sewage Treatment

Zhang Zunju
（Environmental Management College of China,Qinhuangdao Hebei 066004,China）

Secondary biochemical effluent of wastewater treatment was treated deeply by biological aerated filter with haydite and zeolite fillers.Effects of variable hydraulic retention time and airwater ratio on effluent quality were studied.The results showed that the process achieved the better treatment effect when hydraulic retention time got to 8 h and air water ratio was 3∶1.The average values of COD、BOD5、SS、NH3-N、TP and chromaticity for effluent were 15.6 mg/L，3.2 mg/L，8.5 mg/L，1.24 mg/L，0.5 mg/L and 8 degrees respectively.It can meet the requirements of the Reuse of Urban Recycling Water Quality Standard for Urban Miscellaneous Water Consumption （GB/T 18920-2002）.The effluent can be used as flushing and green water.

haydite；zeolite；biological aerated filter；hydraulic retention time；air-water ratio

X703

A 文章編號：1008-813X（2014）05-0004-04

10.13358 /j.issn.1008-813x.2014.05.13

2014-02-17

中國環(huán)境管理干部學院2014年科研項目《電絮凝-超濾組合工藝技術(shù)的應用研究》（2014008）；河北省高等學?？茖W技術(shù)研究青年項目《污水處理廠尾水資源化利用技術(shù)的研究》（QN20141209）

張尊舉（1982-），江蘇沛縣人，畢業(yè)于燕山大學環(huán)境工程專業(yè)，碩士，講師，主要從事水污染控制方面的研究。