曝气生物滤池处理化肥工业废水的中试研究

　　Pilot study on fertilizer plant wastewater treatment by biologic aerated filter in series

　　Wan Xiaofang ¹，Wang Lixin²，Guo Jingyu².

　　(1.Paper and Environmental Engineering College of South China University of Technology, Guangzhou Guangdong 510641；2.Research Institute of Urumqi Petrochemical Company，Urumqi Xinjiang 830019)

　　Abstract：60 L/h fertilizer plant wastewater was treated by biological aerate filter in series. The pilot test showed that the total average removing efficient of COD has reached 88% at the COD loading of 0.72 kgCOD/（m³·d）and the COD of treated water was low than 50 mg/L, the treated effluent NH₄⁺-N was less than 10 mg/L and the total removing efficiency reached 75%. The advantage of treating such lower C/N fertilizer wastewater by BAF was proved.

　　Keywords：Biological aerated filter in series Fertilizer industry wastewater Pilot test

　　曝气生物滤池（ＢＡＦ）技术具有处理效率高、占地面积小、基建及运行费用低、管理方便和抗冲击负荷能力强等特点，在污水的有机物去除、硝化去氨、反硝化脱氮、除磷方面有着较好的应用前景，它充分发挥生物代谢作用、物理过滤作用、生物膜和填料的物理吸附作用以及反应器内食物链的分级捕食作用，实现污染物在同一单元反应器内去除。作为一种全新的污水生物处理技术，曝气生物滤池在城市污水处理及啤酒废水已经取得成功的应用，并逐渐体现其卓越的功能^[1～4]。但对处理较低C/N比，营养成分单一的含氨工业废水国内研究比较少，本文首次研究了串联曝气生物滤池处理该类废水的效果及特点。

　　1　装置简介

　　处理原水：西北地区某化肥厂外排废水，每天用水泵从排水沟抽水，因此逐日水质变化大；处理水量：60 L/h。

　　上下向流曝气生物滤池反应器均用PVC材料加工而成，反应柱高度为400 cm，直径30 cm，厌氧区高度20 cm，石块垫层高度20 cm，填料高度250 cm，保护高度100 cm，填料直径2～4 mm.。多孔陶粒密度1.012 g/mL，比表面积3.69 m²/g，堆积密度0.545g/mL。流程见图1所示。

　　
　　　　　　　　　　　　　　　图1　中试装置流程图

　　2　运行参数

　　2.1原水水质

　　化肥厂外排水水质符合排放标准，但达不到作循环冷却水补水的回用目的^[5]。具体数据见表1。

　　 表1 原水水质表mg/L（除pH外）

　　2.2 装置指标

　　曝气量：3∶1~6∶1（气水比），即180～360 L/h。

　　反冲强度：气为20~25 m³/（m^2·h），即气量为1600~2000 L/h；水为6~8 m³/（m^2·h），即480~640 L/h；COD负荷为0.72 kgCOD/（m³·d）；水力负荷为0.75 m³/（m^2·h）。

　　3 试验结果与讨论

　　3.1 挂　膜

　　两套装置同时进行挂膜。首先接种高活性污泥，刚开始每天少量进水，使微生物逐渐适应新的环境，必要时投加鸡血或白糖等易降解物质，促进微生物的增长发育，以后逐渐增加处理水量，经过20 d的挂膜运行，上向流出水COD去除率最高91.6％，平均70.1％。下向流出水COD下降，最大去除率97.5％，平均去除率72.5％，在陶粒填料表明已经形成一层比较均匀的生物膜，从而体现出生物降解有机物的作用。通过显微镜观察，可以发现陶粒表面黏附了薄薄的微生物膜，呈浅色绒毛状向外伸展，并不是在陶粒表面均匀布满生物膜，而是呈丛簇状，同时出水中也能看到白色絮状物，生物膜中有大量丝状菌、线虫、钟虫类及少量轮虫。再一次指征了BAF装置使用的陶粒具有粗糙表面，有发达的微孔结构，利于微生物的繁殖。在试验中还发现氨氮的去除率明显低于有机物，要达到70％的去除率需要较长的时间。所以比较有效的措施是直接引入硝化细菌。

　　3.2 串联BAF对出水COD、氨氮的去除情况

　　处理数据见图2和图3。

　　图2 串联曝气生物滤池处理水ＣＯＤ曲线

　　图2表明串联工艺，使出水COD进一步降低，平均去除率为88％。出水COD完全达到回用指标。

图3　串联曝气生物滤池处理水氨氮变化

　　图3表明，随着处理时间的延长，出水氨氮进一步下降，这就证实了系统内硝化细菌逐渐成熟并丰富。目前对于低C/N比的废水，要同时大幅度去除COD和氨氮是比较困难的，因为在常规的生物处理中，碳的氧化和氨氮的硝化是分开进行的，即先进行碳的氧化，后再进行硝化，而硝化菌、亚硝化菌在有机物存在的情况下，不能生存，且硝化菌、亚硝化菌易受各种因素的抑制，如：温度、pH、碱度、NO^2-、NO^3-、氨氮和游离氨的浓度等。在污水中氨氮的浓度超过50 mg/L时将对硝化过程产生抑制。所以如何掌握碳的氧化及氨的氧化和硝酸盐的反硝化的平衡，使串联BAF充分利用起来，达到出水回用的目的，还有很多工作需要进行。

　　3.3水力负荷与出水COD、氨氮去除的相关性

　　从图4可知，当水力负荷增加时，出水COD去除率先维持不变，然后缓慢下降，当水力负荷为1.19 m/h时，COD去除率比较高，大于80％；当水力负荷大于1.19 m/h时，COD去除率明显下降，为了维持好的处理效果，必须控制进水流量。

　　当水力负荷小于0.85 m/h时，氨氮的去除率大于70％，但水力负荷一增加，氨氮的去除率快速降低，其下降幅度快于COD的去除率。因此，要使出水的COD氨氮达标回用，必须优选最佳的水力负荷，此处推荐0.50～0.80 m/h。

　　图4　水力负荷与出水COD、氨氮的去除相关性

　　3.4反应柱高度与COD、氨氮去除率的相关性

　　从图5可知，对于上下向流串联工艺，随着与上向流进水端距离的增加，氨氮和COD的去除率逐渐增加，分析上图的斜率可以发现在1.4～2.5 m处，COD的去除主要集中在这一区域；而氨氮的去除主要集中在离进水段3.0～ 3.5 m处，这表明在反应柱内首先进行的是异养菌作用下的生物降解作用，其次才是自养菌参与的氨氧化反应和硝酸盐、亚硝酸盐反应。积累的基础数据有力的指导了反应器高度、设计好氧/厌氧段的比例等实际作用。

　　图5 串联出水COD、氨氮与反应柱高度的关系

　　3.5 反冲洗方式的研究

　　反冲洗是保证曝气生物滤池能够正常运行的关键因素之一。因此，研究了反冲洗方式及参数对反应器的影响。

　　反冲洗参数：气冲5 min，气量1.5 m³/h，然后气水同时洗20 min，水量600 L/h，考察反冲洗前后COD的去除情况。反冲洗强度：气强度：0.35 m³/（m²·min），水强度：0.14 m³/(m²·min) 。

　　图6反冲洗后出水COD随时间的变化关系

　　由图6可知，进水的COD为196 mg/L，当出水COD为81.6 mg/L，浊度为11.2 NTU，氨氮去除能力下降时，停止进水，开始反冲洗。先通入反冲洗空气5 min，在反应柱内气、水、陶粒进行猛烈的翻滚，摩擦，使陶粒表面增厚的微生物膜及黏附的悬浮物脱落下来，然后通入处理后干净水，将悬浮物全部带出。反冲洗出水浊度很大，20 min后停止反冲洗，开始进入正常运行。理论上反冲洗是在限定条件下最大程度地破坏反冲气、水和滤层组成的三相流体相对平衡状态的过程,只有打破平衡造成相间最大程度的紊乱,才能最大效能地发挥摩擦碰撞和循环混合作用,使滤料颗粒净化。因此，采用的先气冲，然后气水同时反冲洗方式，使生物滤池的工作性能尽快得到恢复。

　　4　结　论

　　（1）中试结果表明串联BAF能进一步降低废水有机物浓度，平均总去除率为88％，当进水COD为319 mg/L时，二级出水COD21.4mg/L。且第一级BAF对COD的去除效果好于第二级BAF。并从理论上得到合理解释。

　　（2）串联BAF能进一步脱除水中的氨氮，当进水氨氮为54.2 mg/L时，出水氨氮6.44mg/L，去除率为88％，体现了延长BAF工艺对这类低C/N比工业废水的优越性。

　　（3）沿程高度数据表明BAF工艺对有机物的去除速率大于氨氮，对有机物的去除集中在距进水端1.5～3.0 m，而对氨氮的去除集中在2.5～3.5 m。

　　（4）随水力负荷的增大，COD和氨氮的去除率下降，尤其是氨氮的去除率下降较快，表明必须对水力负荷加以控制。

　　参考文献

　　1Adachi S.Reclamation　and　reuse　of　wastewater　by　biological aerated filterprocess.Wat.Sci.Tech.，1991，24（9）：195～204

　　2LeopoldoG.Mendoza-espinosa and tom stephenson a process model to evaluate theperformance of a biological aerated filter BiotechnologyTechniques.Wat.Sci.Tech.，1998，12（5）：373～375

　　3Pujol R，Tarallo S.Total nitrogen in two-stepbilofiltration.Wat.Sci. Tech.，2000，41(4～5)：65～68

　　4谢曙光.曝气生物滤池最新发展和运用.水处理技术，2004，30（1）：4～7

　　5中国标准出版社第二编辑室编.水质分析方法国家标准汇编.北京：中国标准出版社，1996

　　（收到修改稿日期：2005-11-01）

　　[1]第一作者：万小芳，女，1970年生，博士研究生，工程师，主要研究方向是精细化学品的合成及应用开发。