氨氮廢水處理曝氣生物濾池多孔釋碳填料的應用

　曝氣生物濾池(BAF)是在普通生物濾池的基礎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、以粉煤灰和黏土為主要原料燒制的球形輕質多孔生物陶粒以及由多種填料組合而成的復合填料等。我國對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)定等問題，嚴重影響B(tài)AF生物脫氮效果。

　　緩釋碳源是近年研發(fā)的新型技術，能穩(wěn)定可持續(xù)地釋放碳源提供給反硝化過程，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材料單位質量釋放的飽和COD達到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合填料，獲得較高的TN、TP去除率。

　　本研究以沸石、生物質廢料(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反應器，通過一段時間的活性污泥培養(yǎng)馴化后處理氨氮廢水。考察了原料配比對填料釋碳性能的影響，同時調整BAF的運行參數(shù)，以達到*好的脫氮效果。

　　1、材料與方法

　　1.1 試驗材料

　　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);核桃殼購自當?shù)剞r貿市場，用自來水洗去雜質，去瓤留殼后破碎，分別過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。

　　1.2 試驗裝置

　　本次試驗裝置主要由玻璃柱(直徑9cm，高度110cm)、蠕動泵、曝氣裝置、進水箱等組成，BAF總容積6L，有效容積5L。試驗用水從進水箱通過蠕動泵打入濾池底部，氣水均自下而上通入BAF，處理后的廢水從頂端流出。試驗裝置如圖1所示。

　　1.3 試驗方法

　　1.3.1 填料制備

　　根據(jù)試驗設計，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12d制備成多孔釋碳沸石復合填料(WZ填料);隨機抽取尺寸均勻球狀WZ填料，用AI-7000-NGD型多功能高低溫控制試驗機測試其能承受的最大抗壓強度。

　　1.3.2 WZ填料靜態(tài)釋碳試驗

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

　　1.3.3 BAF的構建及運行啟動

　　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、水力停留時間(HRT)為12h、進水量為0.148L/h連續(xù)運行14d進行BAF的掛膜，每天定時取樣測定BAF中的COD、氨氮質量濃度并計算去除率。為考察WZ填料作為緩釋碳源對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(進水COD質量濃度降為0mg/L)，在HRT為12h，曝氣量為9L/h的條件下連續(xù)運行14d，定時監(jiān)測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)、氨氮初始質量濃度(30、40、50mg/L)對COD、氨氮處理效果的影響，得到最佳工藝運行參數(shù)。

　　掛膜啟動模擬廢水水質見表1

　　2、結果與分析

　　2.1 WZ填料配比優(yōu)化

　　前期實驗表明，填料抗壓強度低于40N時，運行過程中容易坍塌，造成曝氣頭堵塞，為保證填料長期穩(wěn)定運行不破損，需保證其抗壓強度大于40N。根據(jù)單因素試驗結果，核桃殼添加量越大，WZ填料抗壓強度越小，當核桃殼∶沸石(質量比)由0.01增致0.03時，制得的WZ填料抗壓強度由50N左右迅速下降至不足25N;同時，WZ填料抗壓強度隨水泥添加量的增大而增大，水泥∶沸石(質量比)由0.2增大到0.4時，制得的WZ填料抗壓強度從18N增加到95N。為保證抗壓強度的前提下盡量提高核桃殼添加量，設計正交試驗，得到WZ填料的最佳材料配比(質量比)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

　　2.2.1 理化性質

　　對核桃殼、WZ填料及陶粒的基本理化指標進行對比，結果見表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微生物的附著越有利，可使BAF內保持較高的生物量。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。