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(jī)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(xiàng)運(yùn)行參數(shù)進(jìn)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(shí)施環(huán)境保護(hù)，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(jìn)行進(jìn)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(xiàng)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(jìn)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(yùn)行成本低的特點(diǎn)。前置反硝化生物濾池具有良好的脫氮性能，被廣泛運(yùn)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(jìn)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(jìn)了反硝化菌進(jìn)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(dá)到60%以上[2]。

1.1.試驗(yàn)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(yùn)行，因?yàn)樯汉魃疤盍螧AF對COD去除率隨進(jìn)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(xiàng)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(shí)驗(yàn)運(yùn)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(diǎn)，活性焦可以通過物理和化學(xué)吸附將難降解有機(jī)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(shí)驗(yàn)采用活性焦進(jìn)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(jìn)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(yùn)行，也可以在逐漸增大流速的條件下運(yùn)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(qiáng)，但存在掛膜周期長的缺點(diǎn)，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(diǎn)，本試驗(yàn)采用上述第二種方法進(jìn)行掛膜。

先將揚(yáng)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(jìn)行靜沉，完成后將上清液排出，并更換為取自揚(yáng)州大學(xué)揚(yáng)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(jìn)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(jī)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(jìn)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(jìn)水，并維持較高的溶解氧，試驗(yàn)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(dá)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(yùn)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(yùn)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(jìn)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(dá)60.94%～61.54%和53.27%～55.90%，反應(yīng)器運(yùn)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(jìn)行優(yōu)化。利用正交實(shí)驗(yàn)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(yùn)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(jìn)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(yàn)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(xiàn)：

[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(yáng)州大學(xué)本科在讀，環(huán)境工程專業(yè)

【基金項(xiàng)目】本文系2019年揚(yáng)州大學(xué)大學(xué)生科創(chuàng)基金項(xiàng)目，項(xiàng)目編號：201911117110Y

（揚(yáng)州大學(xué) ?江蘇 ?揚(yáng)州 ?225000）