田文華，文湘華，錢易
(清華大學(xué)環(huán)境模擬與污染控制國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100084)

　　摘　要： 利用自行研制的沸石濾料曝氣生物濾池(ZBAF)裝置處理生活污水的中試結(jié)果表明，水力負(fù)荷對(duì)氨氮去除率的影響比對(duì)COD和濁度去除率的影響大得多。當(dāng)水力負(fù)荷由1.1m/h增加到4.4m/h時(shí)，COD去除率僅降低26.9%，而對(duì)氨氮的去除率降低52.5%；處于最佳水力負(fù)荷(2.2m/h)時(shí)對(duì)COD、氨氮和濁度的去除率分別可達(dá)73.9%、88.4%和96.2%；COD負(fù)荷在11kg/(m³·d)以內(nèi)變化對(duì)氨氮的去除率影響不明顯。
　　關(guān)鍵詞：天然斜發(fā)沸石；曝氣生物濾池；生活污水；水力負(fù)荷
　　中圖分類號(hào)：X703.1
　　文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A
　　文章編號(hào)：1000-4602(2002)12-0013-03

Use of Zeolite Medium Biological Aerated Filter for Removal of COD and Ammonia Nitrogen
TIAN Wen-hua,WEN Xiang-hua,QIAN Yi

(Dept of Environmental Science and Engineering,Tsinghua University,Beijing 100084,China)

　　Abstract：A pilot scale zeolite media biological aerated filter (ZBAF) was designed and used to treat municipal wastewater.The experimental results showed that hydraulic load has much greater effect on removal rate of ammonia nitrogen than on COD and turbidity removal.When hydraulic load is increased from 1.1m/h to 4.4 m/h,COD removal rate is decreased only by 26.9%,and ammonia nitrogen removal rate is low ered by 52.5%;at the optimal hydraulic rate (2.2 m/h),the removal rate of COD,am monia nitrogen and turbidity comes up to 73.9%,88.4% and 96.2% respectively;the variation of COD loading rate in the range of 11 kg/(m³·d) has not evident effect on the removal of ammonia nitrogen.?
　　Keywords:　 natural clinoptiloite;biological aerated filter;municipal wastewater;hydraulic load

　　天然斜發(fā)沸石(Clinoptilolite)具有孔隙度高、比表面積大的特點(diǎn)，對(duì)氨氮具有很強(qiáng)的選擇性離子交換能力，常用于脫除污水中氨氮的化學(xué)處理。沸石作為極性吸附劑也是一種理想的生物載體。國外對(duì)應(yīng)用沸石作為曝氣生物濾池的濾料進(jìn)行過一些研究，而目前國內(nèi)還沒有以沸石作為曝氣生物濾池的濾料來處理生活污水的報(bào)道。筆者通過研究，開發(fā)了一種用于生活污水深度處理的沸石濾料曝氣生物濾池(Zeolite media biological aerated filter，簡(jiǎn)稱ZBAF)并進(jìn)行了中試。結(jié)果表明，ZBAF除具有普通BAF的優(yōu)點(diǎn)外，還具有利于微生物生長(zhǎng)、抗氨氮沖擊負(fù)荷的特點(diǎn)。目前這項(xiàng)技術(shù)已申報(bào)國家發(fā)明專利(申請(qǐng)?zhí)枺?2116307.3) 。

1　試驗(yàn)裝置和方法

1.1　試驗(yàn)裝置及流程
　　試驗(yàn)裝置及流程見圖1。
　　ZBAF反應(yīng)柱為200mm的有機(jī)玻璃柱，總高約為5.5m，其中裝填4～6mm的天然斜發(fā)沸石，反應(yīng)器直徑大約是濾料粒徑的50倍，這樣可以消除邊壁效應(yīng)，所得結(jié)果可以應(yīng)用到更大規(guī)模的反應(yīng)器中^［1］。反應(yīng)器采用下向流形式，其中好氧段高度為2.1m，過濾段高 度為0.9m。反應(yīng)柱壁兩側(cè)沿濾料頂部向下每隔0.3m設(shè)一個(gè)污水取樣口和一個(gè)濾料取樣口，各11個(gè)，其中一側(cè)的取樣口與測(cè)壓管相連。?

　　試驗(yàn)裝置安裝在清華大學(xué)環(huán)境模擬與污染控制國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室。原水為校園生活污水，經(jīng)泵打入沉淀池進(jìn)行初沉后，再用30～40目篩網(wǎng)過濾掉漂浮的大塊雜物，之后用機(jī)械隔膜計(jì)量泵打入反應(yīng)器。
1.2　試驗(yàn)條件和方法
　　采用提高水力負(fù)荷的方法來增加污染物負(fù)荷，水力負(fù)荷分別為1.1、2.2、3.3、4.4m/h，氣水比為4∶1，試驗(yàn)期間水溫為29～23℃。每個(gè)工況運(yùn)行穩(wěn)定后再測(cè)定有關(guān)指標(biāo)，其中污染物負(fù)荷以好氧區(qū)體積計(jì)算。試驗(yàn)工況見表1。當(dāng)水頭損失達(dá)到12kPa時(shí)采用氣水同時(shí)反沖洗。

表1　改變進(jìn)水負(fù)荷的工況參數(shù) 流量(L/h) 30 60 90 120 空床水流速(m/h) 1.1 2.2 3.3 4.4 好氧段水力停留時(shí)間(h) 1.90 0.95 0.63 0.48 過濾段水力停留時(shí)間(h) 0.82 0.41 0.27 0.20 總水力停留時(shí)間(h) 2.72 1.36 0.91 0.68 運(yùn)行時(shí)間(d) 15 7 9 6

1.3　測(cè)試項(xiàng)目及儀器
　?、貱OD：重鉻酸鉀法，COD快速測(cè)定儀；
　?、诎钡杭{氏試劑分光光度法，分光光度計(jì)；
　?、蹪岫龋簼岫葍x。

2　結(jié)果和討論

2.1 水力負(fù)荷的影響
　　在4種水力負(fù)荷條件下對(duì)COD和氨氮的去除效果分別見圖2、3。

　　由圖2、3可見，提高水力負(fù)荷對(duì)COD去除率的影響不是很大，但對(duì)氨氮的去除效果影響明顯。
　　4種不同水力負(fù)荷條件下對(duì)濁度的去除情況見圖4。

　　由圖4可見，隨著水力負(fù)荷的增加，出水濁度逐漸增加，而除濁率逐漸下降；水力負(fù)荷由2m/h 提高至3m/h時(shí)除濁率明顯降低(由96.2%下降至79.6%)，此時(shí)再提高水力負(fù)荷則除濁率不再下降。
　　綜上可知，ZBAF反應(yīng)器的濾料高度為3m、最佳水力負(fù)荷為2.2m/h時(shí)，對(duì)COD、氨氮和濁度的去除率分別為73.9%、88.4%和96.2%，相應(yīng)的出水平均濃度分別為43.4、3.5mg/L和3.7NTU，可達(dá)到《生活雜用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》(CJ25.1—89)和國家環(huán)?？偩?、天津大學(xué)提出的冷卻回用水水質(zhì)建議值(Ⅲ)中有關(guān)指標(biāo)的要求。
2.2?COD去除負(fù)荷與進(jìn)水COD負(fù)荷的關(guān)系
　　4種水力負(fù)荷條件下COD去除負(fù)荷與進(jìn)水COD負(fù)荷的關(guān)系見圖5。

　　由圖5可見，在最大COD負(fù)荷［11kg/(m³·d)］范圍內(nèi)，COD去除負(fù)荷隨進(jìn)水COD負(fù)荷的提高而提高，兩者呈線性正相關(guān)(斜率即為平均去除率)。隨著水力負(fù)荷的增大，斜率越來越小，表明去除率逐漸變小(3.3m/h時(shí)例外，斜率很小，相關(guān)系數(shù)也小，可能與當(dāng) 時(shí)運(yùn)行工況不穩(wěn)定有關(guān))。
2.3　氨氮去除負(fù)荷與進(jìn)水氨氮負(fù)荷的關(guān)系
　　4種水力負(fù)荷條件下氨氮去除負(fù)荷與進(jìn)水氨氮負(fù)荷的關(guān)系見圖6。

　　由圖6可見，水力負(fù)荷＜2.2m/h時(shí)兩者呈線性正相關(guān)。當(dāng)水力負(fù)荷增至3.3m/h和4.4m/h時(shí)，氨氮去除負(fù)荷與進(jìn)水氨氮負(fù)荷之間的線性正相關(guān)關(guān)系不明顯，隨著水力負(fù)荷的增加，去除的氨氮負(fù)荷下降。
　　對(duì)照?qǐng)D5和圖6可見，水力負(fù)荷的增大對(duì)COD去除率影響不大，而對(duì)氨氮去除率影響很大。這主要是因?yàn)橄趸磻?yīng)的動(dòng)力學(xué)參數(shù)μN(yùn)、KN與異養(yǎng)微生物的μ、KS相比要小一個(gè)數(shù)量級(jí)以上。

3　結(jié)論

　?、俜惺癁V料曝氣生物濾池可以有效地去除COD、氨氮和濁度。試驗(yàn)條件下的最佳水力負(fù)荷為2.2m/h(水力停留時(shí)間為1.4h)，此時(shí)對(duì)COD、氨氮和濁度的去除率分別為73.9%、88.4%和96.2%，相應(yīng)的出水平均濃度分別為43.4、3.5mg/L和3.7NTU，可以達(dá)到國家環(huán)?？偩?、天津大學(xué)提出的冷卻回用水水質(zhì)建議值(Ⅲ)中相關(guān)指標(biāo)的要求。?
　?、谒ω?fù)荷對(duì)氨氮去除率的影響比對(duì)COD和濁度去除率的影響大得多。當(dāng)水力負(fù)荷由1.1m/h增加到4.4m/h時(shí)，ZBAF對(duì)COD的去除率僅降低26.9%，而對(duì)氨氮的去除率降低了52.5%。水力負(fù)荷由2.2m/h增加到3.3m/h時(shí)，其對(duì)氨氮的去除率明顯降低(下降41.1%)。
　?、跜OD負(fù)荷在11kg/(m³·d)范圍內(nèi)變化時(shí)，對(duì)ZBAF去除氨氮的效果影響不明顯。

參考文獻(xiàn)：

　?。?］Lazarova V,Perera J,Bowenand M，et al.Application of aerated biofilters for production of high quality water for industrial reuse in West Basin［J］.WatSci & Tech,1996，41(4-5):417-424.
　　［2］董輔祥，董欣東.城市與工業(yè)節(jié)約用水理論［M］.北京：中國建筑工業(yè)出版社，2000.

　　作者簡(jiǎn)介：田文華(1968-)，男，甘肅西峰人，博士研究生，主要從事污水回用處理工藝研究。
　　電　　話：(010)62778943 62774887
　　E-mail:tianwh98@mails.tsinghua.edu.cn
　　收稿日期：2002-06-13