沸石滤料曝气生物滤池去除COD和氨氮

田文华，文湘华，钱易
(清华大学环境模拟与污染控制国家重点实验室，北京 100084)

　　摘　要： 利用自行研制的沸石滤料曝气生物滤池(ZBAF)装置处理生活污水的中试结果表明，水力负荷对氨氮去除率的影响比对COD和浊度去除率的影响大得多。当水力负荷由1.1m/h增加到4.4m/h时，COD去除率仅降低26.9%，而对氨氮的去除率降低52.5%；处于最佳水力负荷(2.2m/h)时对COD、氨氮和浊度的去除率分别可达73.9%、88.4%和96.2%；COD负荷在11kg/(m³·d)以内变化对氨氮的去除率影响不明显。
　　关键词：天然斜发沸石；曝气生物滤池；生活污水；水力负荷
　　中图分类号：X703.1
　　文献标识码：A
　　文章编号：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

　　天然斜发沸石(Clinoptilolite)具有孔隙度高、比表面积大的特点，对氨氮具有很强的选择性离子交换能力，常用于脱除污水中氨氮的化学处理。沸石作为极性吸附剂也是一种理想的生物载体。国外对应用沸石作为曝气生物滤池的滤料进行过一些研究，而目前国内还没有以沸石作为曝气生物滤池的滤料来处理生活污水的报道。笔者通过研究，开发了一种用于生活污水深度处理的沸石滤料曝气生物滤池(Zeolite media biological aerated filter，简称ZBAF)并进行了中试。结果表明，ZBAF除具有普通BAF的优点外，还具有利于微生物生长、抗氨氮冲击负荷的特点。目前这项技术已申报国家发明专利(申请号：02116307.3) 。

1　试验装置和方法

1.1　试验装置及流程
　　试验装置及流程见图1。
　　ZBAF反应柱为200mm的有机玻璃柱，总高约为5.5m，其中装填4～6mm的天然斜发沸石，反应器直径大约是滤料粒径的50倍，这样可以消除边壁效应，所得结果可以应用到更大规模的反应器中^［1］。反应器采用下向流形式，其中好氧段高度为2.1m，过滤段高 度为0.9m。反应柱壁两侧沿滤料顶部向下每隔0.3m设一个污水取样口和一个滤料取样口，各11个，其中一侧的取样口与测压管相连。?

　　试验装置安装在清华大学环境模拟与污染控制国家重点实验室。原水为校园生活污水，经泵打入沉淀池进行初沉后，再用30～40目筛网过滤掉漂浮的大块杂物，之后用机械隔膜计量泵打入反应器。
1.2　试验条件和方法
　　采用提高水力负荷的方法来增加污染物负荷，水力负荷分别为1.1、2.2、3.3、4.4m/h，气水比为4∶1，试验期间水温为29～23℃。每个工况运行稳定后再测定有关指标，其中污染物负荷以好氧区体积计算。试验工况见表1。当水头损失达到12kPa时采用气水同时反冲洗。

表1　改变进水负荷的工况参数 流量(L/h) 30 60 90 120 空床水流速(m/h) 1.1 2.2 3.3 4.4 好氧段水力停留时间(h) 1.90 0.95 0.63 0.48 过滤段水力停留时间(h) 0.82 0.41 0.27 0.20 总水力停留时间(h) 2.72 1.36 0.91 0.68 运行时间(d) 15 7 9 6

1.3　测试项目及仪器
　　①COD：重铬酸钾法，COD快速测定仪；
　　②氨氮：纳氏试剂分光光度法，分光光度计；
　　③浊度：浊度仪。

2　结果和讨论

2.1 水力负荷的影响
　　在4种水力负荷条件下对COD和氨氮的去除效果分别见图2、3。

　　由图2、3可见，提高水力负荷对COD去除率的影响不是很大，但对氨氮的去除效果影响明显。
　　4种不同水力负荷条件下对浊度的去除情况见图4。

　　由图4可见，随着水力负荷的增加，出水浊度逐渐增加，而除浊率逐渐下降；水力负荷由2m/h 提高至3m/h时除浊率明显降低(由96.2%下降至79.6%)，此时再提高水力负荷则除浊率不再下降。
　　综上可知，ZBAF反应器的滤料高度为3m、最佳水力负荷为2.2m/h时，对COD、氨氮和浊度的去除率分别为73.9%、88.4%和96.2%，相应的出水平均浓度分别为43.4、3.5mg/L和3.7NTU，可达到《生活杂用水水质标准》(CJ25.1—89)和国家环保总局、天津大学提出的冷却回用水水质建议值(Ⅲ)中有关指标的要求。
2.2?COD去除负荷与进水COD负荷的关系
　　4种水力负荷条件下COD去除负荷与进水COD负荷的关系见图5。

　　由图5可见，在最大COD负荷［11kg/(m³·d)］范围内，COD去除负荷随进水COD负荷的提高而提高，两者呈线性正相关(斜率即为平均去除率)。随着水力负荷的增大，斜率越来越小，表明去除率逐渐变小(3.3m/h时例外，斜率很小，相关系数也小，可能与当 时运行工况不稳定有关)。
2.3　氨氮去除负荷与进水氨氮负荷的关系
　　4种水力负荷条件下氨氮去除负荷与进水氨氮负荷的关系见图6。

　　由图6可见，水力负荷＜2.2m/h时两者呈线性正相关。当水力负荷增至3.3m/h和4.4m/h时，氨氮去除负荷与进水氨氮负荷之间的线性正相关关系不明显，随着水力负荷的增加，去除的氨氮负荷下降。
　　对照图5和图6可见，水力负荷的增大对COD去除率影响不大，而对氨氮去除率影响很大。这主要是因为硝化反应的动力学参数μN、KN与异养微生物的μ、KS相比要小一个数量级以上。

3　结论

　　①沸石滤料曝气生物滤池可以有效地去除COD、氨氮和浊度。试验条件下的最佳水力负荷为2.2m/h(水力停留时间为1.4h)，此时对COD、氨氮和浊度的去除率分别为73.9%、88.4%和96.2%，相应的出水平均浓度分别为43.4、3.5mg/L和3.7NTU，可以达到国家环保总局、天津大学提出的冷却回用水水质建议值(Ⅲ)中相关指标的要求。?
　　②水力负荷对氨氮去除率的影响比对COD和浊度去除率的影响大得多。当水力负荷由1.1m/h增加到4.4m/h时，ZBAF对COD的去除率仅降低26.9%，而对氨氮的去除率降低了52.5%。水力负荷由2.2m/h增加到3.3m/h时，其对氨氮的去除率明显降低(下降41.1%)。
　　③COD负荷在11kg/(m³·d)范围内变化时，对ZBAF去除氨氮的效果影响不明显。

参考文献：

　　［1］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］董辅祥，董欣东.城市与工业节约用水理论［M］.北京：中国建筑工业出版社，2000.

　　作者简介：田文华(1968-)，男，甘肃西峰人，博士研究生，主要从事污水回用处理工艺研究。
　　电　　话：(010)62778943 62774887
　　E-mail:tianwh98@mails.tsinghua.edu.cn
　　收稿日期：2002-06-13