反硝化生物滤池反冲洗周期优化及水力特性_金秋

第13卷第6期2019年6月Vol.13,No.6Jun.2019环境工程学报ChineseJournalofEnvironmentalEngineeringhttp://www.cjee.ac.cnE-mail:cjee@rcees.ac.cn(010)62941074金秋,陈昊,崔敏华,等.反硝化生物滤池反冲洗周期优化及水力特性[J].环境工程学报,2019,13(6):1425-1434.JINQiu,CHENHao,CUIMinhua,etal.Optimizationofbackwashingcycleandhydrauliccharacteristicsofdenitrifyingbiofilter[J].ChineseJournalofEnvironmentalEngineering,2019,13(6):1425-1434.反硝化生物滤池反冲洗周期优化及水力特性金秋1，陈昊1，崔敏华1,2,3，张衍1,2,3，郑志永1,2，刘和1,2,3，刘宏波1,2,3,*1.江南大学环境与土木学院，无锡2141222.江苏省厌氧生物技术重点实验室，无锡2141223.江苏省水处理技术与材料协同创新中心，苏州215009第一作者：金秋(1994—)，女，硕士研究生。研究方向：废水处理工程。E-mail：jinqiujn@126.com*通信作者：刘宏波(1980—)，男，博士，副教授。研究方向：污水生物处理技术等。E-mail：liuhongbo@jiangnan.edu.cn摘要为探究反硝化生物滤池(DNBF)的最适运行参数和反冲洗周期，分别以石英砂和火山岩构建起2套DNBF，优化了水力停留时间(HRT)和碳氮比(C/N)；通过滤池的处理效果、停留时间分布(RTD)分析和水力模型拟合确定了最佳的反冲洗周期。结果表明：在DNBF稳定运行后，2种填料的滤池处理效果相近，当HRT和C/N分别为2h和4∶1时，出水的化学需氧量(COD)和总氮(TN)分别是(28.3±1.2)mg·L-1和(2.5±0.3)mg·L-1，此时碳源利用率较高；由脱氮性能和RTD分析得出的最佳反冲洗周期为1d，出水COD和TN可分别达到(17.9±1.4)mg·L-1和(1.8±0.2)mg·L-1；当反冲洗周期延长后，滤池出水COD上升，脱氮性能大幅度下降，RTD曲线出峰从1θ(标准化时间)提前到0.5θ处、1.25θ和1.5θ处出现沟流现象，滤池中的流态趋向于混流式的多釜串联模型。通过RTD实验揭示不同反冲洗工况下DNBF内部水力特性的变化，可用于优化滤池的反冲洗周期。关键词反硝化生物滤池；反冲洗周期；停留时间分布；水力模型近年来，污水处理领域的焦点逐渐从有机物的高效降解，转向氮磷营养元素的深度去除。过量的氮磷元素排放进入水体，极易形成水华等环境问题[1]。因此，国家和地方政府逐渐提高污水的排放标准，减少氮磷污染物的排放量。相对而言，废水中的磷可以通过化学手段实现高效去除，而深度脱氮是制约污水提标的主要瓶颈[2]。传统污水处理工艺对氮的去除效率不高，造成出水中氮含量偏高[3]。后置反硝化滤池是一种有效的二级出水深度处理工艺，其具有占地面积小、出水水质好的特点，同时不影响前序工艺，可以降低改造成本[4]。由于其具有较好的脱氮效果，已成为污水深度处理领域研究和应用的热点技术[5-6]。反硝化生物滤池(DNBF)在运行过程中，进水中所含的生物絮体、悬浮固体以及填料表面过度生长的生物膜都可能会引起滤料层的堵塞，影响滤池的处理效果，因此，需要对滤池进行反冲洗以恢复其正常的净水功能[7]。反冲洗是控制生物膜厚度，防止滤池堵塞必不可少的环节。反冲洗周期作为生物滤池的重要运行参数，对于DNBF的工程应用具有重要意义[8]。目前，关于DNBF反冲洗过程的研究大多集中在反冲洗前后出水水质指标或者生物膜特性的变化上。LIU等[8]通过在线监测出水浊度的变化来收稿日期：2018-10-29；录用日期：2019-03-05基金项目：江苏省太湖水环境综合治理科研课题资助项目(TH2016201)；江苏省自然科学基金资助项目(BK20180633)文章栏目：环境生物技术DOI10.12030/j.cjee.201810175中图分类号X703文献标识码A第13卷环境工程学报实时优化和控制滤池的反冲洗周期；周晓黎等[9]通过对反冲洗前后生物膜特征的研究，发现反冲洗能大幅提高生物膜脱氢酶活性从而提高反应器的处理效果。反冲洗周期过长，滤池形成堵塞，池体内的流态会发生变化，并且大多数反应器的处理效果都与其内部的流体力学特性相关[10]。停留时间分布(RTD)实验可以依据流出反应器的示踪剂浓度和时间的关系分析反应器内部的水力流态，是一种有效的原位解析反应器内部水力流动特征的技术[11]。