双滤料曝气生物滤池污水深度处理的研究

张尊举

（中国环境管理干部学院，河北 秦皇岛 066004）

双滤料曝气生物滤池污水深度处理的研究

张尊举

（中国环境管理干部学院，河北 秦皇岛 066004）

采用陶粒、沸石为滤料的曝气生物滤池对生物处理系统二级出水进行深度处理回用，研究了水力停留时间、气水体积比对污染物COD和NH3-N处理效果的影响。结果表明：水力停留时间为8 h，气水体积比为3∶1的工况下，处理效果较好。稳定运行后，出水COD、BOD5、SS、NH3-N、TP和色度平均值分别为15.6 mg/L、3.2 mg/L、8.5 mg/L、1.24 mg/L、0.40 mg/L和8度，达到《城市污水再生利用—城市杂用水水质》 （GB/T 18920-2002）标准，出水可用于道路清扫、绿化等。

陶粒；沸石；曝气生物滤池；水力停留时间；气水体积比

曝气生物滤池构造简单，容易操作，出水水质好，污泥量少，运行费用低，是城市居民生活污水处理比较理想的工艺[1，2]。随着曝气生物滤池应用技术的发展，曝气生物滤池在微污染废水深度处理方面的应用日渐普遍，并发展出很多种类，但这些曝气生物滤池的关键部分还是滤料[1-4]。微污染废水中污染物种类繁多，依靠当前单一滤料的处理能力，已经不能达到理想化的综合处理效果[3，4]。针对这一问题，试验以取得高质量出水水质为目的，采用陶粒和沸石两种滤料组合形成的双滤料曝气生物滤池，进行校园污水深度处理回用的研究。

1 工艺与方法

1.1 工艺流程

河北省某环境类高校采用荷兰援助的分散式一体污水处理装置（Bever系统）处理校园生活污水，日处理量为12 m3，出水水质接近于生活杂用水要求[5]。为了实现污水的资源化利用，同时为在校学生提供中水回用实践平台，项目采用陶粒、沸石双滤料曝气生物滤池对分散式一体污水处理装置出水进行深度处理，处理出水回用于教学楼、办公楼的冲厕和道路、地面清洗用水。设计水量为10 m3，工艺流程如图1所示。

双滤料曝气生物滤池采用陶粒和沸石滤料。陶粒滤料是一种常用的水处理填料，具有生物附着能力强、容易挂膜、截污能力强和容易反冲洗等优点[6]；沸石滤料作为一种极性吸附剂，是一种良好的生物载体，并且对水中NH4+具有离子交换作用和选择吸附性，对水体中的氨氮、色度吸附降解优于其他滤料[2]。将两者合理的结合，有利于系统的启动和污染物的去除。该滤池滤料粒径为3～6 mm，填料高度为0.4 m（承托层）+1.8 m（生物陶粒层）+1.0 m（陶粒沸石混合层），底部采用穿孔曝气；反冲洗采用的是气、水共同反冲方式，反冲洗气强度为10 L/（m2·s），反冲洗水强度为7.0 L/（m2·s）。

图1 污水处理工艺流程

1.2 污水水质与分析方法

双滤料曝气生物滤池进水为Bever系统处理出水，由水泵自中间水池泵入，Bever系统自2008年8月调试正常运行至今，其出水水质如表1所示。

反应器运行过程中，每天取样1次，水样中COD、BOD5、NH3-N和TP等指标的测定均采用《水和废水监测分析方法》中的标准方法，采用多次对比试验来控制数据质量。前后2次监测数据偏差要求小于5%，取平均值作为测试结果。

表1 双滤料曝气生物滤池进水水质

1.3 实验方法

为了尽快启动曝气生物滤池，双滤料曝气生物滤池采用接种挂膜方式进行生物膜培养，接种污泥采用污泥取至Bever系统好氧区混合液，间歇进水，DO控制在2 mg/L以上，18 d左右，COD及氨氮去除效果稳定，认为挂膜成功。曝气生物滤池系统进入正式运行阶段。

装置运行进水水温为20～25℃，实验通过改变曝气生物滤池系统的水力停留时间和气水体积比，考察水力停留时间及气水体积比对进水中COD、NH3-N等去除效果的影响，确定最佳的运行工况。

2 结果与讨论

2.1 水力停留时间的影响

系统运行的气水比稳定在3∶1，调节曝气生物滤池的进水流量，分别控制它的水力停留时间为2 h、4 h、6 h、8 h、10 h、12 h、14 h、16 h，每个水力停留时间稳定运行10 d后，测定进、出水COD、NH3-N浓度，实验结果如图2所示：

图2 不同水力停留时间对COD、NH3-N处理效果的影响

图2表明当水力停留时间分别为2～16 h时，曝气生物滤池对COD、NH3-N的去除效率分别为50%～70%和60%～90%，并且随着水力停留时间的增加，COD、NH3-N的去除率增加，这是因为接触时间过小导致大部分有机物还未来得及扩散、吸附和微生物降解便随水流出反应器，去除效果较差；增加水力停留时间，延长了污染物扩散、吸附及与生物膜的接触时间，从而使污染物被微生物氧化分解而去除[8，9]。

曝气生物滤池的水力停留时间超过6 h后，出水COD去除率随水力停留时间的变化很小；水力停留时间大于8 h后，NH3-N的去除率上升趋于平缓，这可能是进水中大部分的COD、NH3-N已被微生物降解，曝气池内的营养基质过低，导致污染物的去除率随水力停留时间的增加变化趋于平缓[9，10]。

增大水力停留时间，污水中COD、NH3-N等污染物去除率提高，但会导致处理的水量减少或增加反应器的池容[7，10]。从经济因素考虑，不能无限制地延长水力停留时间，结合污染物的去除效果和经济效益，曝气生物滤池设备运行的水力停留时间控制为8 h。

2.2 气水体积比的影响

曝气生物滤池的水力停留时间控制为8 h，通过调节系统的曝气量，控制曝气量和进水量体积比分别为1∶1，2∶1，3∶1，4∶1，5∶1，在每个气水比条件下，系统稳定运行10 d后，监测出水水质（COD、NH3-N），运行效果如图3所示。

图3 不同气水比对COD、NH3-N处理效果的影响

图3表明当气水比分别为1∶1，2∶1，3∶1，4∶1 和5∶1时，有机物的去除率为55.8%、63.3%、66.9%、67.8%和67.5%，氨氮的平均去除率分别为62.7%、73.8%、84.1%、87.8%和87.9%。

COD的去除率随着气水比的增加而增加，气水比增大即加大了系统的曝气量，提高了污水的溶解氧，使滤料上附着的好氧微生物的活性和氧化降解污染物的速率增加，COD去除率升高；同时气水比的增加，加快了水体的搅动，促进生物膜的脱落和更新，保持生物活性[3，7]。当气水比升高到5∶1时，有机物的去除率变化很小，这可能是曝气量增大，水体搅动过大，生物膜脱落较快，更新较慢，并且池内营养物不足，微生物活性低，难以在填料表面附着生长[7，9]。

在曝气生物滤池的滤料上，去除氨氮的自养硝化细菌对溶解氧的利用相比降解有机物的异养菌处于劣势，因此当增加气水比时，充足的溶解氧会向硝化细菌扩散、渗透，加快硝化速率；与此同时，提高气水比带来的水力冲刷作用，加快了滤料表面老化生物膜的脱离更新，有利于氨氮等污染物的去除[9]。因此，随着气水比的增加，NH3-N和COD的去除效果都会增加，且NH3-N去除效果较COD明显。

提高气水比，会增加系统运行的动力消耗，加大污水处理费用，因此考虑污水处理效果和处理费用，双滤料曝气生物滤池的气水比采用3∶1。

2.3 运行效果

水力停留时间控制为8 h、气水体积比为3∶1的工况，连续稳定运行60 d，经监测，出水水质指标的平均结果统计见表2：

表2 双滤料曝气生物滤池出水水质

从表2的监测统计数据可以看出，采用双滤料曝气生物滤池对二级出水进行深度处理后，出水COD、BOD5、SS、NH3-N、TP和色度平均值分别为15.6 mg/L、3.2 mg/L、8.5 mg/L、1.24 mg/ L、0.40 mg/L和8度，满足城市杂用水水质标准GB/T 18920-2002的要求。

2.4 效益分析

2.4.1 社会效益和环境效益

首先可以作为学校的实践平台，进行环境实践教学，提高学生水污染治理知识和技能；其次，可在Bever系统的基础上再减少COD排放量约0.12 t/a；减少氨氮排放量约0.03 t/a；另外，Bever系统和曝气生物滤池结合，占地约20.6 m2，结构紧凑，适合于城镇居民小区分散污水的处理[3]。

2.4.2 经济效益

污水处理系统日耗电量约为4.0 kW·h，电费以0.8元/（kW·h）计，则日耗电费为3.2元，处理费用约为0.4元/t水（计人工费和折旧费），污水处理后可用于教学楼和办公楼冲厕，现回用量为10 t/d，可节约自来水3 600 t/a，自来水费用为3.6元/t计，可节约自来水费用1.29万元/a。

3 结论

陶粒、沸石双滤料曝气生物滤池结构紧凑、处理效果好，适用于生活污水二级出水的深度处理，处理效果良好。采用陶粒、沸石的双滤料曝气生物滤池对分散式一体污水处理装置（Bever系统）出水进行深度处理，在水力停留时间为8 h、气水比3∶1的工况下，处理效果最佳，出水能够达到回用标准。

双滤料曝气生物滤池工艺的运行，可作为环境工程学生实习实训的教学平台，同时出水能够用来冲厕、绿化，减少自来水的用量，降低环境污染和系统运行成本，具有显著的社会效益、环境效益和经济效益。

[1]郑俊，吴浩汀.曝气生物滤池工艺的理论与工程应用[M].北京：化学工业出版社，2004：14-35.

[2]彭剑锋，宋永会，高红杰，等.不同填料曝气生物滤池对河水的净化效能[J].环境工程技术学报，2011，1（4）：339-343.

[3]张杰，曹相生，孟雪征.曝气生物滤池的研究进展[J].中国给水排水，2008，18（8）：26-28.

[4]LU X，YANG B，CHEN J，et al.Treatment of wastewater containing azo dye reactive brilliant red X-3B using sequential ozonation and upflow biological aerated filter process[J].Journal of Hazardous Materials，2009，161（1）：241-245.

[5]张尊举，张连凯，张仁志.紧凑式污水处理系统处理回用校园生活污水[J].环境工程，2011，29（4）：21-22，34.

[6]江萍，胡九成.国产轻质球型陶粒用于曝气生物滤池的研究[J].环境科学学报，2002，22（4）：459-464.

[7]鲍家华，闵浩，夏晓虹，等.复合填料曝气生物滤池在中水回用中的应用研究[J].水处理技术，2012，38（5）：84-86.

[8]邱立平，马军.水力停留时间对曝气生物滤池处理效能及运行特性的影响[J].环境污染与防治，2004，26（6）：432-436.

[9]WANG X，CHEN S，GU X，et al.Pilotstudy on the advanced treatment of landfill leachate using a combined coagulation，Fenton oxidation and biological aerated filter process[J].Waste Management，2009，29（4）：1354-1358.

[10]叶恒朋，陆少鸣，杜冬云，等.臭氧-生物活性炭深度处理工艺对微污染原水中营养物的去除研究[J].水处理技术，2010，36 （2）：88-91.

（编辑：程 俊）

Application of Double Filter Media Biological Aerated Filter to Advanced Sewage Treatment

Zhang Zunju
（Environmental Management College of China,Qinhuangdao Hebei 066004,China）

Secondary biochemical effluent of wastewater treatment was treated deeply by biological aerated filter with haydite and zeolite fillers.Effects of variable hydraulic retention time and airwater ratio on effluent quality were studied.The results showed that the process achieved the better treatment effect when hydraulic retention time got to 8 h and air water ratio was 3∶1.The average values of COD、BOD5、SS、NH3-N、TP and chromaticity for effluent were 15.6 mg/L，3.2 mg/L，8.5 mg/L，1.24 mg/L，0.5 mg/L and 8 degrees respectively.It can meet the requirements of the Reuse of Urban Recycling Water Quality Standard for Urban Miscellaneous Water Consumption （GB/T 18920-2002）.The effluent can be used as flushing and green water.

haydite；zeolite；biological aerated filter；hydraulic retention time；air-water ratio

X703

A 文章编号：1008-813X（2014）05-0004-04

10.13358 /j.issn.1008-813x.2014.05.13

2014-02-17

中国环境管理干部学院2014年科研项目《电絮凝-超滤组合工艺技术的应用研究》（2014008）；河北省高等学校科学技术研究青年项目《污水处理厂尾水资源化利用技术的研究》（QN20141209）

张尊举（1982-），江苏沛县人，毕业于燕山大学环境工程专业，硕士，讲师，主要从事水污染控制方面的研究。