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[ 4] 徐国辉, 鄢卫东. A DAT-IAT 法的特点及其生物脱氮的应用研 究. 安全与环境工程, 2005, 12 1 38 -41. [ 5] Ruiz G, Jeison D ,Chamy R. Nitrification with high nitrite accumulation for treatment of wastewater with high ammonia concentration. Water Research, 2003, 37 6 1371-1377. [ 6] Peng DC, Bernet N, Delgenes JP , Moletta R. Simultaneous organic carbon andnitrogen removal in a SBR controlled at low dissovledoxygen concentration. J Chem Tech Biotech, 2001, 76 553 -558. [ 7] Peng DC, Bernet N, Delgenes JP, Moletta R. Aerobic granular sludge a case report. Water Research, 1999, 33 3 890 -893. 作者通讯处 吴春笃 212013 镇江市 江苏大学环境学院 E -mail nying101 sina. com. cn 2006- 11-16 收稿 沸石曝气生物滤池处理城市纳污河水 ＊ 朱小彪 高宝玉 许春华 张宪忠 张永强 山东大学环境科学与工程学院, 山东 济南 250100 摘要 采用上流式沸石曝气生物滤池 ZBAF 处理城市纳污河水, 研究其挂膜启动过程, 以及对有机物、NH3-N、SS 的去 除效果及影响因素。 结果表明, 在水温为 11～ 24 ℃条件下, 气水比对NH3-N 的去除要比对COD 和SS的去除影响大得 多; 当水力负荷为 1. 2 m3 m2h , 曝气量为 3∶ 1 时, 对污染物的去除效果最佳; 滤池填料高度对各种污染物的去除有 较大影响, 大部分有机物在进水端 40 cm 厚的填料层内得到降解, 而氨氮的硝化主要集中在上层填料层内。 关键词 沸石曝气生物滤池 纳污河水 气水比 水力负荷 ＊济南市科技局重点科技计划项目 052143 0 引言 曝气生物滤池 BAF 是不同于传统活性污泥法 的污水处理新工艺, 它的出现使生物法处理废水又多 了一种选择,BAF 具有微生物世代周期长 、 结构简单、 操作方便、处理效率高等特点, 被广泛应用于去除水 中有机物和富营养化物质 [ 1,2] 。 本研究在国内外已有研究的基础上 ,应用沸石填 料的上向流 BAF 工艺处理城市受污染严重 含生活 污水和工业废水 的河水 ,研究其处理效果,以期能够 为北方城市纳污河道的治理提供参考。 1 试验装置和方法 1. 1 试验进水 试验进水取自济南市区的纳污河流 窑头大 沟,试验阶段进水水质指标见表1 。 表 1 试验进水水质 CODCr mgL-1 NH3-N mgL- 1 水温 ℃ 浊度 NTU TN mgL- 1 pH 98 . 0～ 352. 830. 9～ 55 . 610. 5～ 25 . 050 . 4～ 27845 . 2 ～ 68 . 5 7. 0 ～ 8 . 5 1. 2 实验装置 实验装置如图 1所示。ZBAF 滤池由高为2. 3 m, 直径为0. 2 m 的有机玻璃柱制成, 中间由法兰连接。 底部设有进水缓冲区, 内设曝气管, 兼做反冲洗进气 管。承托板上装填卵石承托层和粒径为 3～ 5 mm 的 沸石填料, 装填高度为 1. 25 m 。承托层以上每隔 0. 25 m 设取水样口, 取样口编号从下往上依次为 1、 2、 3、4、 5、 6。 图1 试验装置 滤池运行期间的反冲洗采用气水联合反冲洗 气 冲洗强度 10 L m 2s ,水冲洗强度 10 L m2s 。试 验不同的水力负荷 、气水比, 研究 ZBAF 去除主要污 染物的效果及影响因素 。测定的水质指标主要有 22 环 境 工 程 2007年 8 月第25 卷第4 期 CODCr、 浊度 、 NH3-N、 NO - 2-N、 NO - 3- N 等 。水质指标采 用国家标准方法测定 [ 3] 。 2 结果与讨论 2. 1 挂膜启动 试验采用投加种泥-闷曝-连续流培养的方式进 行挂膜。接种污泥为济南水质净化一厂二沉池的回 流污泥 。先静置闷曝 3 d ,然后小流量连续进水并曝 气,气水比为 5∶ 1,并逐步加大进水量 ,到挂膜结束时 水力负荷达到 0. 6 m 3 m2h 。随着运行时间的增 加,ZBAF 对 CODCr的去除率逐渐增大 , 启动 10 d 以 后, CODCr的去除率稳定在 75以上 , 出水浓度在 50 mg L以下,这表明对处理有机物而言, 异养菌挂膜 已基本完成,共用时 15 d 左右。 在进水 NH3- N 浓度较高 40 ～ 50 mg L 的情况 下,挂膜初期 ZBAF 对 NH3-N 的去除率较高, 其去除 率可以达到 80以上, 随着运行时间的增加,NH3- N 去除率先降低后又缓慢增大 。这是因为 , 在启动初 期,沸石滤料对 NH3-N 的具有吸附和离子交换作用, 随着运行时间的增加, 这种吸附会逐渐趋向饱和, 而 这时硝化细菌却没有大量生长起来 ,因此在 2006 -04- 04 左右, NH3- N 去除率达到一个最低点; 其后 , 硝化 细菌大量生长使得 NH3- N 去除率逐渐升高 , 最后稳 定在 70 以上, 硝化细菌挂膜也基本完成, 除去因故 障检修停止运行的几天, 硝化菌挂膜共需要 25 d 左 右,比异养菌挂膜的时间长得多, 这也说明硝化细菌 的生长相对于异养菌要缓慢的多 [ 4] 。 2. 2 水力负荷对污染物去除效果的影响 该阶段试验 0. 6、 1. 2、 1. 8 m 3 m2h 3 种水力负 荷对污染物去除的影响, 其对应的水力停留时间分别 为2 、 1、 0. 67 h,试验过程中保持气水比为 4∶ 1,以保证 足够的溶解氧量 ,结果如图 2所示。 从图 2 1 中可以看出, 在0. 6、 1. 2 m 3 m2h 2 种 水力负荷下 , CODCr去除率可以达到 80以上 , 出水 CODCr值均在 50 mg L 以下 ,出水水质非常好 ; 当水力 负荷为 1. 8 m 3 m2h 时, COD Cr的去除效果稍微变 差,但去除率一直保持在 60以上, 出水 CODCr也在 80 mg L 以下 ,出水水质较好 。这说明 ,水力负荷的大 小对 CODCr的去除有影响, 但影响不是很大 。 图2 2 反映了水力负荷对 NH3- N 去除的影响, 在水力负荷为 1. 2 m 3 m2h 时 ,处理效果最好,出水 NH3-N 可以在10 mg L 以下, 能够满足再生水回用于 图 2 水力负荷对污染物去除的影响 景观水体的水质标准 。水力负荷为 1. 8 m 3 m2h 时,由于水力停留时间太短 ,NH3- N 去除效果很差 ,去 除率只有不到 50, 可见水力负荷对 NH3- N 的去除 影响非常大 。另外, 有研究表明, 在进水 NH3-N 浓度 为2. 3～ 5. 2 mg L ,水力停留时间为 15 min 的情况下, NH3-N 的去除率可以达到 90 以上 [ 5] ,但该试验进水 的NH3-N 浓度很高 ,最高去除率没有达到 90,可见 进水NH3- N 负荷也是影响去除率的一个因素。 由图 2 3 可以看出 ,ZBAF 对于悬浮物的去除非 常理想,在 3 种水力负荷下 ,进水浊度波动较大 ,但出 水浊度一直保持在 5NTU 以下, 除浊效果非常好, 而 且几乎不受水力负荷变化的影响。 从以上可以看出,CODCr和 SS 的去除受水力负荷 变化的影响较小,而 NH3- N 的去除受水力负荷变化的 影响较大。最佳的水力负荷条件为 1. 2 m 3 m2h 。 2. 3 气水比对 ZBAF 运行效果的影响 曝气量对微生物的生长有重要的影响,试验固定 水力负荷为 1. 2 m 3 m2 h ,改变曝气量 ,使气水比分 别为 1∶ 1、 2∶ 1、3∶ 1, 研究气水比对 ZBAF 去除污染物 的影响,结果如图 3所示。 从图 3 1 中可以看出, 气水比为 1∶ 1时 ,ZBAF 对 CODCr的去除率在 60 ～ 70 之间, 出水 CODCr值较 23 环 境 工 程 2007年 8 月第25 卷第4 期 图 3 气水比对污染物去除的影响 高; 气水比增大至 2∶ 1时 ,CODCr去除率增加到 80 以 上,出水 CODCr值在 50 mg L 以下; 继续增大气水比到 3∶ 1 ,CODCr去除率没有明显增加。 图3 2 是气水比对 NH3- N 去除的影响, 可以看 出,随着气水比的增大,NH3-N 去除率逐渐增大 ,当气 水比为 3∶ 1 时 ,NH3-N 去除率最高 ,可以达到 80以 上,出水浓度在 10 mg L 以下 ; 当气水比为 1∶ 1 和 2∶ 1 时,NH3-N 的去除率均不理想。 这说明气水比对 NH3- N 的硝化影响非常大, 这是因为, 硝化菌是自养 菌,生物活性比异养菌要低 ,在与异养菌竞争溶解氧 的过程中处于劣势 [ 4] , 只有曝气量足够大, 硝化菌才 会大量生长 。因此, 要得到较高的 NH3-N 去除率, 必 须保证有较高的气水比。 图 3 3 表明 ,气水比对于ZBAF 的除浊效果影响 不大,3 种气水比下 ,出水的浊度都非常低, 可以稳定 在5NTU 以下 。 从以上可以得出 ,气水比对于 CODCr和 NH3-N 的 去除都有影响, 尤其对于 NH3-N 的去除影响非常大, 提高气水比 ,二者的去除率均会增加, 但也会增加运 行费用,因此,合适的气水比是设计和运行中必须考 虑的一个重要参数。 2. 4 填料高度对污染物去除的影响 试验过程中 ,研究填料高度对主要污染物去除的 影响 ,结果如图 4 所示 。 由图 4可知, 1 号取样口和 3 号取样口间 CODCr 和浊度的减小趋势最为显著, 说明大部分有机物和悬 浮物是在 ZBAF 的进水端填料层内去除的。这是因 为,在进水端,微生物大量繁殖 ,生物降解有机物活性 高,并且滤料对悬浮物有较好的截流吸附作用。在 4 号取样口和 6 号取样口之间 ,CODCr和 SS 的浓度已 经降低到了比较低的水平, 其减小趋势比较平缓, 浓 度几乎不再有变化 ,也说明 ZBAF 对进水的 CODCr和 SS 都已处理到了一定程度 。 从图 4中可以看出 ,ZBAF 沿程 NH3- N,NO - 3- N 和 NO - 2-N 浓度变化具有一定的规律性。在 1 至 3 号取 样口之间,NH3-N 浓度减小的比较缓慢 ,而 NO - 3-N 和 NO - 2-N 的浓度几乎没有变化 ; 而在 3 号取样口以后, NH3-N 浓度迅速减小,NO - 3- N 和 NO - 2-N 的浓度都变 大,其中,NO - 3-N 的浓度迅速增加 。分析其原因 在 稳态运行时, 滤料对 NH3- N 的吸附处于一个动态的 平衡 ,对NH3- N 的去除主要靠生物硝化来完成 ,但生 物膜系统中的生物种群结构受到有机物负荷的明显 影响 ,在 1至 3 号取样口之间 ,系统有机物负荷较大, 异养型微生物是优势种群 ,硝化细菌的生长则受到抑 制,对NH3-N几乎没有硝化作用 ; 在3号取样口以后 , 图 4 污染物浓度与填料高度的关系 下转第 27 页 24 环 境 工 程 2007年 8 月第25 卷第4 期 提高了废水的可生化性, 单独使用 SBR 池, 其对 CODCr的去除率在 85～ 90之间 ,而通过水解酸化 以后 ,SBR池的去除率在 90以上。另一方面是由 于SBR 池本身,SBR反应池污泥活性高 , 在有氧条件 下,池中的异养菌能充分利用溶解氧,氧化、 分解废水 中的有机物 [ 2] ,因而对 CODCr有较高的去除率 。 3 由图 5 可知, 接触氧化池的去除率在 SBR 池 出水较高时可以达到设计要求去除率, 但当 SBR 池 出水较低时不能达到设计要求去除率, 这时检测得接 触氧化进水 BOD5 CODCr值远远 0. 35, 且 BOD5值 30 mg L 。这说明废水经过 SBR 池以后 , 可生物降解 有机物已经被基本降解完全, 未被降解的有机物属不 可生物降解有机物, 因此, 处理低浓度该废水在 SBR 池后再用生物处理系统没有必要。 4 由图 6 气浮池和 SBR 池对 SS 的去除效果知 , SBR 池出水悬浮物己满足设计要求 ,无需再用气浮池 来去除悬浮物。 4 结论与建议 1 采用水解酸化- SBR 工艺处理制药废水是可 行的 ,运行结果表明 , CODCr的去除率可达到 95～ 96. 4,SS 的去除率可达 87 ～ 94, 出水 SS 在 24～ 49 mg L之间, 出水水质满足广东省污水排放标 准二级标准。 2 该工艺利用水解酸化预处理工艺 ,提高了废 水的可生化性, 为SBR池的稳定运行创造了条件 ,提 高了 SBR池的处理效果。 3 对于高浓度的制药废水, 在 SBR 池后再加生 物处理系统是有必要的, 但对于低浓度的该类废水在 SBR 池后不需要再加生物处理系统 。 4 对于该废水在生物处理系统后加气浮是没有 必要的 。在调节池和 SBR 池之间加气浮, 这样可以 去除一部分悬浮物、溶媒和表面活性剂。这样, 一方 面减轻了生物处理系统的负担 ,另一方面降低了有毒 物质对生物处理系统的抑制作用。 参考文献 [ 1] 沈耀良, 王宝贞. 水解酸化工艺及其应用研究. 哈尔滨建筑大学 学报, 1999, 32 6 35 -38. [ 2] 陈英文, 宋天顺, 沈树宝. 混凝-厌氧水解 -好氧组合工艺处理印 染废水的工程应用. 工业水处理,2005, 23 1 33 -35. 作者通讯处 白利云 101102 北京市通州中关村科技园金桥科技 产业基地 桑德集团运营管理部 E -mail bailiyun123126. com 2006- 10-19 收稿 上接第 24页 有机负荷较低, 硝化细菌得以大量生长 , 硝化作用比 较明显,必然会使NO - 3- N 和NO - 2- N 的浓度增大。 由此可见 , 滤池的高度对于 NH3- N 的去除影响 相对较大, 若要得到较好的 NH3- N 去除率和较低的 出水浓度 ,应适当增加滤池的高度 。 3 结论 1 以沸石为填料的 ZBAF 在挂膜启动过程中, 由于微生物的性质的不同 ,去除有机物的异养菌挂膜 较迅速 ,而去除 NH3-N 的硝化细菌挂膜较慢。总之, ZBAF 比较容易挂膜, 具有启动迅速, 操作简便等 特点 。 2 水力负荷 、 气水比影响 ZBAF 的除污效果 ,尤 其是对于 NH3-N 的去除影响较大, 而除浊效果受影 响 不 大。 试 验 结 果 表 明, 在 水 力 负 荷 为 1. 2 m 3 m2 h ,气水比为 3∶ 1 时 , ZBAF 对 COD Cr、 NH3-N 和悬浮物的去除效果最好。 3 ZBAF 的高度是除污效果的一个重要影响因 素,由于各微生物种群空间分布的不同 , 对有机物和 NH3- N 的去除是在滤池的进水端和出水端附近分别 完成的。 参考文献 [ 1] K. R. Gilmore, K . J. Husovitz, T . Holst , et al. Influence of organic and ammonia loading on nitrifier activity and nitrification perance of a two -stage biological aerated filter system. Wat. Sci. Tech. , 1999, 39 7 223 -234. [ 2] Paffoni C, Gousailles M, Rogalla F , et al . 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Accordingly, it is a sort of water technology with high efficiency , energy saving and better accommodation. After the study of AOR process, the dynamic designmeeting biological phosphorusand nitrogen removal is proposed, and the ulas used to design and calculate are deduced. Keywords AOR, biological denitrification and design the placement of catalytic ironfollowed bio -treatment improved the removal efficiency of catalytic iron, and the ations of scale and organic layer were inhibited; the promotion to bio -treatment and the reduction of catalytic ironwas realized by the inner -cycle process, but some problems such as inefficiency of NH3-N removal remains to be settled in this process. Keywords catalytic iron, high concentration organic sewage from fine chemistry zone and bio -treatment-catalytic iron inner -cycle process SHORT-CUT NITRIFICATION AND DENITRIFICATION OF A DAT -IAT BIOLOGICAL NITROGEN REMOVAL PROCESSWu Chundu Nie Ying MiaoYingqi et al 19 Abstract Nitrite accumulation was studied onthe condition of low dissolved oxygen DOand using A DAT -IAT biological nitrogen removal process to treat high -strength ammonium industrial wastewater with low C N ratio . The experimental results indicated that the system could realize long -term stable nitrite accumulation with high ammonia removal rate and no sludge bulking under the condition of low DO. During the stable operation stage, setting a DO concentration in DAT reactor at 1. 0 mg L, it was possible to achieve a average nitrite accumulation ratio NO - 2-N NO - X-N at 82. 1with the ammonia removal rate over 95 and the SVI maintained at a proper level of 90～ 125 mL g, which means a good settlement of sludge. Keywords A DAT -IAT, biological nitrogen removal, short -cut nitrification the system functioned well on conditions of hydraulic loading near 1. 2m2 m3hand sufficient air supply. The heights of the filter had great effects on the removal of different pollutants. Most of organic substances were degraded in the lower 40 cm of media near inlet, while most of ammonia were nitrified in the upper media. Keywords zeolite biological aerated filter, contaminated river water, gas -water ratio and hydraulic loading 2 ENVIRONMENTAL ENGINEERING Vol. 25,No. 4, Aug . , 2007