前置反硝化生物濾池用于污水處理廠提標(biāo)改造的研究

丁夢玲 李紅麗 劉海濤 紀(jì)榮平

摘 要：為了提高污水處理廠的出水水質(zhì)，使其從一級A標(biāo)準(zhǔn)提標(biāo)到準(zhǔn)Ⅳ類水標(biāo)準(zhǔn)，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(tǒng)的各項運行參數(shù)進行優(yōu)化，如A/O體積比、水力負(fù)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(shù)組合為：前置反硝化生物濾池中A/O體積比1：1，水力負(fù)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(fù)荷0.60 m3/m2·h。

關(guān)鍵詞：前置反硝化;曝氣生物濾池（BAF）;提標(biāo)改造

國務(wù)院印發(fā)的《水污染防治行動計劃》中，提出要加快現(xiàn)有城鎮(zhèn)污水處理設(shè)施建設(shè)及改造步伐，為了響應(yīng)國家號召，有效防治水污染和實施環(huán)境保護，對污水處理廠的出水要求很多已經(jīng)不滿足于一級A標(biāo)準(zhǔn)，即規(guī)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(biāo)改造，將出水水質(zhì)盡可能地靠近地表Ⅳ類水標(biāo)準(zhǔn)，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(biāo)改造，研究該工藝下最佳的參數(shù)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(tǒng)，前置BAF系統(tǒng)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(tǒng)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(fù)荷下運行，因為珊瑚砂填料BAF對COD去除率隨進水COD容積負(fù)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(biāo)準(zhǔn)提標(biāo)到準(zhǔn)Ⅳ類水標(biāo)準(zhǔn)，實驗運行工況下COD負(fù)荷較低，故選用珊瑚砂為填料更優(yōu)。

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(xué)性能穩(wěn)定、可重復(fù)使用可再生的優(yōu)點，活性焦可以通過物理和化學(xué)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(yīng)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(xù)接種更新活性污泥的連續(xù)流培養(yǎng);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(xù)培養(yǎng)。第一種方法既可以在設(shè)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(zhì)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(wěn)定性差。第二種方法所得到的生物膜較符合要求，且系統(tǒng)出水水質(zhì)比較穩(wěn)定，抗沖擊負(fù)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(yōu)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(nèi)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(xué)揚子津東校區(qū)生活區(qū)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(xù)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(xù)一段時間后可以觀察到，珊瑚砂和活性焦表面均出現(xiàn)黃色絮狀物質(zhì)。如此之后，將珊瑚砂和活性焦注入相應(yīng)有機玻璃反應(yīng)柱內(nèi)，同時以模擬配置的城鎮(zhèn)污水處理廠尾水繼續(xù)進行馴化。

反應(yīng)器內(nèi)的接種掛膜從2019年6月3號開始，到2019年7月4號結(jié)束，歷時31天。起初在較低的水力負(fù)荷下連續(xù)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(biāo)準(zhǔn)水，隨后逐漸增加水量，直至達到設(shè)計負(fù)荷，并啟動硝化液回流泵，此階段兩個反應(yīng)器共持續(xù)運行10d。通過觀察后發(fā)現(xiàn)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(yīng)器中灰黑色的污泥顏色變成了棕褐色。調(diào)至設(shè)定工況，即水力負(fù)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(yīng)穩(wěn)定進行20天后，觀察后發(fā)現(xiàn)陶粒表面形成了黃褐色的膜狀物質(zhì)， CODCr和NH4+-N的去除率分別達60.94%～61.54%和53.27%～55.90%，反應(yīng)器運行穩(wěn)定，可認(rèn)為生物膜已掛膜成熟，啟動完成。

1.3.系統(tǒng)各參數(shù)優(yōu)化

對珊瑚砂前置反硝化曝氣生物濾池系統(tǒng)和活性焦吸附池系統(tǒng)中的參數(shù)分別進行優(yōu)化。利用正交實驗法，保持其他參數(shù)依照設(shè)計工況中的條件不變，按照下述不同參數(shù)組合運行設(shè)備，測定不同工況下的出水水質(zhì)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(tǒng)的優(yōu)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(fù)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(tǒng)中，主要考慮水力停留時間對系統(tǒng)處理效果的影響，優(yōu)化內(nèi)容主要為吸附池的水力負(fù)荷q，分別取0.40 m3/m2·h、0.60 m3/m2·h和0.80m3/m2··h。

2試驗結(jié)論

通過對系統(tǒng)各參數(shù)的優(yōu)化，比較不同參數(shù)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(fù)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(fù)荷0.60 m3/m2·h時，系統(tǒng)對COD、TN、NH4+-N的去除效果最佳。

參考文獻：

[1]蘇俊新.城鎮(zhèn)污水處理廠一級A提標(biāo)改造的關(guān)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(shù)，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(wèi)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(huán)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(xué)本科在讀，環(huán)境工程專業(yè)

【基金項目】本文系2019年揚州大學(xué)大學(xué)生科創(chuàng)基金項目，項目編號：201911117110Y

（揚州大學(xué) ?江蘇 ?揚州 ?225000）