曝气生物滤池降解规律试验研究_胡保卫

2010年3月水利学报SHUILIXUEBAO第41卷第3期收稿日期:2009-08-28基金项目:国家自然科学基金(50679071);博士后科学基金(20070410378)作者简介:胡保卫(1968－)男，浙江绍兴人，博士生，主要从事水污染控制研究。E-mail:hbw@zscas.edu.cn文章编号:0559-9350(2010)03-0374-05曝气生物滤池降解规律试验研究胡保卫1，2，程文1，3，韩祯1，马腾1(1.西安理工大学教育部与陕西省共建西北水资源与生态环境重点实验室，陕西西安710048;2.绍兴文理学院，浙江绍兴312000;3.西安交通大学动力工程多相流国家重点实验室，陕西西安710049)摘要:采用实际分散型生活污水作为试验原水，对曝气生物滤池的降解规律进行了试验研究。结果表明，与传统的观点不同，曝气生物滤池在处理低浓度有机废水时并不发生严格的有机物与氨氮的分段去除现象，有机废水氨氮与有机质基本在同一区域内去除，滤料在10～40cm段的去除率增长速度最快，在70cm之后去除率的增长开始逐渐变缓。在进口段，由于有机质浓度高，供氧充足，有机质的去除率较高;由于异养菌和氨化菌的作用，氨氮浓度在进口段不但不减少，反有微小升高。关键词:曝气生物滤池;推流式反应器;滤料高度;有机质及氨氮去除中图分类号:X703文献标识码:A1研究背景曝气生物滤池(简称BAF)能完成多种污染物在同一反应器内去除的功能，其中一个重要的原因就是沿水流方向滤料层上能形成不同优势种群的生物膜［1］。影响这一过程的重要因素就是滤料层的高度，根据不同的滤料高度，BAF能完成碳化、硝化和反硝化作用。BAF属于推流形式的反应器，传统的观点认为推流形式的生物反应器在有机质与NH+4－N的去除上存在严格的区域分界，由于有机质对硝化细菌存在抑制作用，所以在水流方向上一般是有机物先得到降解，然后再是NH+4－N逐渐得到去除［2］。在实际运用中，通常在满足处理目标的基础上采用尽可能低的滤料高度，这样可使反应器的能耗减小并且加长运行周期［3－7］。水体中的氨氮是导致富营养化的重要因素［8］，当进水的COD浓度较低而氨氮浓度相对较高时，考虑到进水初期异养菌不能大量繁殖而对硝化细菌的抑制作用减弱，可能会使BAF在沿滤料方向氨氮与有机物的降解不会出现明显的分区。与此同时，滤料高度的不同还导致水深纵横比和曝气过程中产生气泡的空隙率发生变化，从而改变了水流特性，影响了气泡羽流的运动，从而影响了曝气效率和污染物降解效果。本文通过试验来探求不同水力负荷条件下曝气生物滤池中污染物的降解规律的，为优化曝气生物滤池的设计提供依据。2试验装置及参数2.1试验装置试验装置如图1所示，采用气水同向的上流式单级曝气生物滤池:主要由反应器、空气压缩机、水箱、水泵、计量设备构成。反应器主体由有机玻璃柱构成，外径350mm，厚10mm，高2000mm。反应器与配水区之间由一个均匀进水布气板分隔开来，进水布气板上按照粒径级配由大到小向上平铺着粒径为10～50mm的鹅卵石承托层，承托层高度为200mm，其上平铺着生物滤料。反应器由底部开始—473—DOI:10.13243/j.cnki.slxb.2010.03.002每隔300mm依次向上设置6个取样口，曝气装置采用三排穿孔曝气管，材料为内径为5mm的不锈钢管，每根管上均匀分布着孔径为2mm的曝气孔。1－水箱2－阀门3－恒流泵4－加压泵5－污水进水6－反冲洗进水7－流量计8－配水区9－托架10－反冲洗进气11－工艺进气12－空气压缩机13－穿孔曝气管14－滤料15－泄料口16－砾石承托层17－均匀进水布气板18－取样口19－反冲洗出水口20－放空口图1试验装置示意2.2试验用水为使研究结果更接近实际，采用实际分散型生活污水作为试验原水。该水质满足有机质较低而氨氮相对较高的特点，具体水质指标如表1所示。表1原水各项水质指标水温/℃PHCOD/(mg/L)BOD5/(mg/L)SS/(mg/L)TN/(mg/L)TP/(mg/L)NH+4－N/(mg/L)NO－3N/(mg/L)15.7～22.57～7.6100～16081.4～94.160～7537.7～48.41.8～2.235.2～45.30.23～0.292.3试验方法与内容试验采用国产球形轻质多孔生物陶粒作为滤料，主要试验参数如表2所示。表2试验参数取样口高度/cm进水流量/(L/h)水力负荷/(m3/(m2·h))气水比水力停留时间/h10、40、70、10038.47、76.94、153.880.40、0.8、1.63∶13、1.5、0.75水力负荷是曝气生物滤池设计运行的重要参数。在本试验中水力负荷是指单位面积滤料每小时可以处理的废水水量。反应器启动完毕后，采用表3所示的试验