沸石曝气生物滤池处理农村生活污水的实验

沸石曝气生物滤池处理农村生活污水的实验
黄晓鸣;连希凡;汪嘉源;唐晓凌;许美兰;潘敏
【摘要】采用曝气生物滤池(BAF)系统,进行沸石和普通沙子作为滤料处理模拟农村生活污水的对比实验.实验结果表明,停留时间为8 h,沸石曝气生物滤池(ZBAF)和沙子曝气生物滤池(SBAF)对COD去除率分别为88.39%和79.38%;ZBAF和SBAF 对TN去除率分别为72.17%和49.49%.沸石作为曝气生物滤池的填料,更有利于农村生活污水中COD、NH4+-N和TN的去除.ZBAF的出水TN和COD浓度均达到了污水排放国标一级标准.
【期刊名称】《厦门理工学院学报》
【年(卷),期】2017(025)005
【总页数】5页(P78-82)
【关键词】污水处理;农村生活污水;曝气生物滤池;沸石;沙子
【作者】黄晓鸣;连希凡;汪嘉源;唐晓凌;许美兰;潘敏
【作者单位】厦门理工学院环境科学与工程学院, 福建厦门361024;厦门理工学院环境科学与工程学院, 福建厦门361024;安徽省环境监测中心站, 安徽合肥230071;厦门理工学院环境科学与工程学院, 福建厦门361024;厦门理工学院环境科学与工程学院, 福建厦门361024;厦门理工学院环境科学与工程学院, 福建厦门361024
【正文语种】中文
【中图分类】X703
近年来，水体的富营养化问题已经是全球面临的严峻的水污染问题之一。

由于过量的氮营养物质进入水体，造成河流和湖泊的富营养化，藻类过量繁殖引起水质恶化、湖泊退化，严重破坏了水体生态环境，威胁水生生物的生存和人类健康[1-2]。

因此，有效控制含氮废水的排放是解决受纳水体富营养化的关键。

曝气生物滤池(biological aerated filter,BAF)是在传统滤池基础上发展起来的新工艺，具有有机负荷高、占地面积小、处理效率高等特点[3]。

BAF以颗粒状填料及其附着生长的
生物膜为处理介质，充分发挥生物代谢作用、物理过滤作用、膜和填料的物理吸附作用，实现污染物在同一单元反应器内去除[4]。

沸石是自然界天然存在的一种含
水的碱金属和碱土金属的硅铝酸盐晶体的总称，廉价易得。

许多研究表明，沸石对氨氮有很强的选择性离子吸附和交换能力[5]。

由于天然沸石具有较大的孔隙率和
比表面积，因而具有较大的生物附着表面，在沸石表面有生物膜时仍具有交换氨氮的能力[6]。

因此，沸石是一种较为理想的BAF填料。

沸石载体上富集的微生物能使沸石不断的得到生物再生，加强了其生物脱氮系统的性能和效率[3,7-9]。

目前，沸石曝气滤池多用于微污染水源的水以及城市生活污水的治理，在农村生活污水治理上的研究和应用较少。

本实验以天然斜发沸石作为BAF填料，在实验室建立沸石曝气生物滤池(ZBAF)，
以考察ZBAF处理农村生活污水的运行参数、反应沿程特性以及脱氮效果，确定其处理农村生活污水的最佳工艺参数。

1.1 实验材料
1)模拟废水。

实验中所用的模拟农村生活污水的质量浓度为：300 mg/L
CH3COONa (COD质量浓度为231.33 mg/L)，18 mg/L 酵母提取物，120
mg/L NH4Cl(NH4+-N质量浓度为31.40 mg/L)，100 mg/L K2HPO4，130
mg/L MgSO4·7H2O，18 mg/L Ca Cl2·6H2O；微量元素溶液包括：
CuSO4·6H2O(0.06 mg/L)，FeCl3·6H2O(3.00 mg/L)，ZnSO4·7H2O(0.24
mg/L)，KI(0.06 mg/L)，H3BO4 (0.3 mg/L)，MnCl2·4H2O(0.24 mg/L)，
Na2MoO4·2H2O(0.12 mg/L)，和CoCl2·6H2O(0.30 mg/L)。

每升的人工配置
模拟污水中加入1 mL微量元素溶液。

pH值调节到7.0～7.5之间。

实验所用试剂均为分析纯，购于国药集团化学试剂有限公司(上海)。

2)实验装置。

实验中采用3个完全相同的有机玻璃圆柱体，一个用添加了活性污
泥的沸石作为填料构建ZBAF反应器，一个用普通沙子作为填料构建SBAF反应器，一个不加活性污泥只添加沸石作为滤料的沸石曝气滤池(ZF)，实验装置运行见图1。

活性污泥取自当地的污水处理厂，经水洗沉淀后去除上清液得到浓缩后的活性污泥。

分别取1.5 L浓缩后的活性污泥(旋浮物浓度为9.72 g/L)加入到ZBAF和SBAF反
应器中培养。

实验采用2个蠕动泵(分别带2个泵头)分别用于3个反应器的进水和出水。

小型的鼓风机接砂头置于反应器底部进行曝气。

反应器高度为410 mm，
外直径为200 mm，内直径为190 mm，底部厚度6 mm，清水区高90 mm，滤料区高200 mm，卵石承托层高40 mm，布水布气区高50 mm，有效容积为10.8 L。

进水口位于布水布气区中部，进气管和反冲洗管位于布水布气区中下部。

承托层以上每隔60 mm设一个取样口，共设4个，取样口1为最终出水。

对4个出水口
分别进行水样的采集，以备水样分析测试。

3)填料。

天然斜发沸石购于安徽宣城，沙子为当地普通的河沙。

沸石粒径为2～3 mm，沙子粒径为0.8～1.2 mm。

4)反应器运行。

3个反应器均采用上流式进水。

运行周期为60 d，分为两个阶段：第一阶段为前30 d，进水流量为44.76 mL/min，气体流量为900 mL/min，气
水比约为20∶1；第二阶段为后30 d，流量变化为22.46 mL/min，气体流量不变，气水比为40∶1。

其中ZBAF和SBAF进水为模拟农村生活污水，ZF的进水
为120 mg/L NH4Cl溶液。

反冲洗过程中，进水泵连接自来水管。

反冲洗时间为
4～7 min，周期为48 h。

1.2 水质分析方法
实验所使用的药品均为分析纯。

NH4+-N、NO2--N、NO3--N、PO43--P、TN、TP和COD等水质指标的监测均采用国家标准分析方法。

2.1 反应器对农村生活污水处理效果的比较
在流量为44.76 mL/min下，水力停留时间为4 h，进水有机负荷为1.38
kg/(m3·d)。

ZBAF和SBAF出水中COD的质量浓度分别为(80.84±1.58)mg/L和(112.67±2.27)mg/L，去除率分别为69.61%和57.64%。

ZBAF和SBAF出水中TN的质量浓度分别为(20.81±0.10) mg/L和(28.00±0.05) m g/L，去除率分别为50.89%和10.83%。

与沙子相比，加活性污泥的沸石作为曝气生物滤池填料能更
有效地去除COD和TN。

当流量降低到22.46 mL/min，水力停留时间为8 h，进水有机负荷为0.69 kg/(m3·d)。

ZBAF和SBAF对COD去除率均上升到88.39%
和79.88%，对TN去除率均上升到72.17%和49.49%。

实验结果表明，提高水
力停留时间、降低有机负荷有利于沸石曝气生物滤池去除农村生活污水中的COD
和TN，这与其他的研究结论相符合[3-5]。

此外，ZBAF出水的COD浓度和TN
浓度达到了污水排放一级标准(见图2、图3)。

在流量为44.76 mL/min下(水力停留时间为4 h)，ZBAF、SBAF和ZF出水中氨
氮的质量浓度分别为(10.06±0.10)mg/L、(15.74±0.12)mg/L和
(25.42±0.09)mg/L，对氨氮的去除率分别为67.95%、49.86%和19.03%。

当流
量降低到22.46 mL/min(水力停留时间为8 h)，ZBAF和SBAF对氨氮均有更好的去除效果，去除率分别上升到96.86%和69.35%。

然而，在ZF反应器中，出水
中氨氮浓度在前10 d逐渐下降，在11 d之后出水的氨氮浓度不断上升，并且在
25 d之后氨氮基本保持在(30.02±0.04)mg/L，表明沸石作为吸附剂对氨氮的吸附量在第二阶段的第10天基本达到饱和。

11 d之后，沸石对氨氮吸附量减少从而
使得出水中氨氮浓度逐渐升高(见图4)。

2.2 沸石对农村生活污水脱氮过程的贡献
在流量22.46 mL/min(水力停留时间为8 h)条件下的第10天，ZBAF、SBAF和ZF对NH4+-N去除率分别为73.50%、51.14% 和35.80%，表明ZBAF反应器
中沸石即起到生物载体的作用，也能作为吸附剂吸附去除氨氮，即生物附着不影响沸石吸附氨氮的能力，各出水口水质见表1。

沿着出水方向，ZBAF和SBAF对氨氮去除量逐渐减少，最大的去除量均出现在
4#出口。

因为沿着出水方向，DO浓度是逐渐减少的，所以氨氧化菌对氨氮的硝
化效果逐渐减少。

在ZBAF和SBAF中，NO2--N最高浓度均出现在3#出口，说明亚硝化细菌在3#出口附近最为活跃。

ZBAF中NO3--N大浓度出现在2#和3#出口，其中2#出口浓度最大，说明在2#和3#出水口附近硝酸盐氧化菌最为活跃。

此外，在BAF挂膜的初期，硝化细菌首先在反应器的下部附着，随着培养时间的
加长，硝化细菌逐渐向反应器的上部生长。

而在SBAF中4个出水口均没有NO3--N浓度检出，说明SBAF中生成的NO2--N和NO3--N均被反硝化菌反硝化去除。

实验利用沸石对氨氮的选择吸附特性，将沸石作为曝气生物滤池的滤料，挂膜成熟后ZBAF中氨氮的硝化效果远远大于SBAF，说明沸石更有利于硝化细菌的附着生长，沸石对NH4+的交换吸附使NH4+离子富集于沸石表面及内部，沸石颗
粒具有独特的好氧-缺氧微环境使吸附在沸石上的NH4+被硝化菌硝化，实现沸石的动态生物再生。

由表1得到，ZF每个出口对氨氮的去除量在2.63～2.98 mg/L范围内(平均值为2.81 mg/L)。

在ZBAF反应器中，硝化过程主要出现在3#和4#出口，氨氮的去
除量分别为11.85 mg/L和4.23 mg/L。

在1#和2#，氨氮的去除量分别为3.03 mg/L和3.97 mg/L，说明沸石对氨氮的吸附作用起主导地位。

与沙子相比，沸石作为曝气生物滤池的滤料可提高农村生活污水中COD、NH4+-
N和TN的去除率。

实验中，ZBAF出水总氮和COD浓度均达到了污水排放一级标准。

挂膜成熟后， ZBAF中氨氮的硝化效果远大于SBAF，说明沸石更有利于硝化菌的附着生长。

富集于沸石表面及内部的NH4+离子被硝化菌硝化，实现了沸石的动态生物再生。

【相关文献】
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