氨氮廢水處理曝氣生物濾池多孔釋碳填料的應(yīng)用

　曝氣生物濾池(BAF)是在普通生物濾池的基礎(chǔ)上借鑒給水濾池工藝開發(fā)的污水處理新工藝，填料是BAF工藝的核心組成部分。目前研究較多的BAF填料主要有活性炭、沸石等天然硅酸鹽礦物質(zhì)、以粉煤灰和黏土為主要原料燒制的球形輕質(zhì)多孔生物陶粒以及由多種填料組合而成的復(fù)合填料等。我國(guó)對(duì)BAF填料的研究以陶粒為主，早期的陶粒大多直接燒制、破碎、篩分而成，為片狀等不規(guī)則形狀，具有碳源不足、釋碳不穩(wěn)定等問(wèn)題，嚴(yán)重影響B(tài)AF生物脫氮效果。

　　緩釋碳源是近年研發(fā)的新型技術(shù)，能穩(wěn)定可持續(xù)地釋放碳源提供給反硝化過(guò)程，提高氮磷去除效果。蘭善紅等用粉煤灰作為主要原料制備多微孔BAF填料，使得TN的去除率大大提高。閆續(xù)等制備的兩種包埋淀粉的聚乙*醇(PVA)釋碳材料和海藻酸鈉(SA)釋碳材料，PAV材料單位質(zhì)量釋放的飽和COD達(dá)到99.60mg/(g·L)。鐘麗燕等以自制新型緩釋碳源、海綿鐵和活性炭作為反硝化生物濾池的復(fù)合填料，獲得較高的TN、TP去除率。

　　本研究以沸石、生物質(zhì)廢料(核桃殼)為原料，水泥作為黏合劑制備新型多孔釋碳填料，并以此填料搭建BAF反應(yīng)器，通過(guò)一段時(shí)間的活性污泥培養(yǎng)馴化后處理氨氮廢水?？疾炝嗽吓浔葘?duì)填料釋碳性能的影響，同時(shí)調(diào)整BAF的運(yùn)行參數(shù)，以達(dá)到*好的脫氮效果。

　　1、材料與方法

　　1.1 試驗(yàn)材料

　　活性污泥為西安某污水處理廠終沉池的回流污泥，傾去上清液，馴化培養(yǎng);核桃殼購(gòu)自當(dāng)?shù)剞r(nóng)貿(mào)市場(chǎng)，用自來(lái)水洗去雜質(zhì)，去瓤留殼后破碎，分別過(guò)4、6mm篩，取粒徑4～6mm的部分用去離子水浸泡，除去浮于水中的殘余核桃瓤和果皮，重復(fù)多次，以確保所得核桃殼形狀、尺寸以及密度的均一性，然后在105℃下烘干備用;沸石粉、水泥粉均為商業(yè)普通型號(hào)。

　　1.2 試驗(yàn)裝置

　　本次試驗(yàn)裝置主要由玻璃柱(直徑9cm，高度110cm)、蠕動(dòng)泵、曝氣裝置、進(jìn)水箱等組成，BAF總?cè)莘e6L，有效容積5L。試驗(yàn)用水從進(jìn)水箱通過(guò)蠕動(dòng)泵打入濾池底部，氣水均自下而上通入BAF，處理后的廢水從頂端流出。試驗(yàn)裝置如圖1所示。

　　1.3 試驗(yàn)方法

　　1.3.1 填料制備

　　根據(jù)試驗(yàn)設(shè)計(jì)，將沸石、水泥、核桃殼干粉按一定配比攪拌10min，加入一定水使其充分混合，壓制成粒徑為8mm的小球;將制備的小球在自然條件下養(yǎng)護(hù)12d制備成多孔釋碳沸石復(fù)合填料(WZ填料);隨機(jī)抽取尺寸均勻球狀WZ填料，用AI-7000-NGD型多功能高低溫控制試驗(yàn)機(jī)測(cè)試其能承受的最大抗壓強(qiáng)度。

　　1.3.2 WZ填料靜態(tài)釋碳試驗(yàn)

　　稱取50gWZ填料置于1L錐形瓶中，加入純水后密閉?？刂茰囟仍?25±1)℃、pH為7.4～7.7，分別在一定時(shí)間內(nèi)取樣并測(cè)定水樣中的COD，建立WZ填料的釋碳曲線，考察其釋碳性能。

　　1.3.3 BAF的構(gòu)建及運(yùn)行啟動(dòng)

　　利用WZ填料裝填搭建BAF，連續(xù)通入模擬廢水，控制曝氣量為9L/h、水力停留時(shí)間(HRT)為12h、進(jìn)水量為0.148L/h連續(xù)運(yùn)行14d進(jìn)行BAF的掛膜，每天定時(shí)取樣測(cè)定BAF中的COD、氨氮質(zhì)量濃度并計(jì)算去除率。為考察WZ填料作為緩釋碳源對(duì)BAF反硝化脫氮效果的影響，在BAF掛膜成功后，連續(xù)通入不加碳源的模擬廢水(進(jìn)水COD質(zhì)量濃度降為0mg/L)，在HRT為12h，曝氣量為9L/h的條件下連續(xù)運(yùn)行14d，定時(shí)監(jiān)測(cè)COD及硝態(tài)氮濃度，考察WZ填料作為緩釋碳源的反硝化脫氮性能。在反硝化運(yùn)行良好之后，連續(xù)通入模擬廢水，考察HRT(8、12、24h)、氨氮初始質(zhì)量濃度(30、40、50mg/L)對(duì)COD、氨氮處理效果的影響，得到最佳工藝運(yùn)行參數(shù)。

　　掛膜啟動(dòng)模擬廢水水質(zhì)見表1

　　2、結(jié)果與分析

　　2.1 WZ填料配比優(yōu)化

　　前期實(shí)驗(yàn)表明，填料抗壓強(qiáng)度低于40N時(shí)，運(yùn)行過(guò)程中容易坍塌，造成曝氣頭堵塞，為保證填料長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行不破損，需保證其抗壓強(qiáng)度大于40N。根據(jù)單因素試驗(yàn)結(jié)果，核桃殼添加量越大，WZ填料抗壓強(qiáng)度越小，當(dāng)核桃殼∶沸石(質(zhì)量比)由0.01增致0.03時(shí)，制得的WZ填料抗壓強(qiáng)度由50N左右迅速下降至不足25N;同時(shí)，WZ填料抗壓強(qiáng)度隨水泥添加量的增大而增大，水泥∶沸石(質(zhì)量比)由0.2增大到0.4時(shí)，制得的WZ填料抗壓強(qiáng)度從18N增加到95N。為保證抗壓強(qiáng)度的前提下盡量提高核桃殼添加量，設(shè)計(jì)正交試驗(yàn)，得到WZ填料的最佳材料配比(質(zhì)量比)為沸石∶核桃殼∶水泥為1.00∶0.02∶0.30，制得的成品WZ填料見圖2。

　　2.2 WZ填料的性質(zhì)

　　2.2.1 理化性質(zhì)

　　對(duì)核桃殼、WZ填料及陶粒的基本理化指標(biāo)進(jìn)行對(duì)比，結(jié)果見表2。

　　由表2可以看出，WZ填料的比表面積、表觀密度均大于核桃殼和陶粒填料;一般而言，填料比表面積越大對(duì)微生物的附著越有利，可使BAF內(nèi)保持較高的生物量。WZ填料具有較大的空隙率，可以保證曝氣均勻性，作為BAF的新型填料，比傳統(tǒng)填料更具有優(yōu)勢(shì)。