BAF工艺处理临时工地生活污水中关键控制因素研究

曹堂斌

摘要采用模拟工地污水进行研究，通过改变反应器的工艺参数，包括进水COD浓度、水力停留时间（HRT）和溶解氧（DO）等，考察各因素对反应器脱氮效果的影响，并综合考虑经济性原则，寻求最优化的工艺参数。结果表明，进水COD浓度在190～220 mg/L范围内有利于反硝化作用和TN的去除。HRT的延长有助于系统内硝化菌群的代谢，当HRT为6 h时，NH+4N、TN去除率可维持较高水平。DO宜保持在2.5～3.5 mg/L之间，可保证出水稳定的前提下尽量降低DO值，以使反应器能耗降低。

关键词COD浓度；水力停留时间；溶解氧；脱氮效果；参数优化

中图分类号S181.3；X703.1文献标识码

A文章编号0517-6611（2014）36-13005-02

Abstract Study with harbour district wastewater， by changing the technological parameters including influent COD concentration， HRT and DO， the effects of these factors on the decontamination efficiency were investigated. Further， the most optimal process parameters were obtained by considering the principle of economy. The results indicate that the 190-220 mg/L COD was conducive to denitrification and TN removal. To extend HRT could help nitrifying bacteria metabolic， NH+4N and TN maintained a higher level in 6 h HRT. DO should be maintained between 2.5-3.5 mg/L， which could minimize the DO and guarantee the effluent stability in order to reduce the energy consumption.

Key words COD concentration； HRT； DO； Decontamination efficiency； Parameters optimization

现代工程项目正在朝着大型化、规模化、现代化的方向发展，各大城市工程工地的数量呈指数级倍增[1]。目前，工地及施工中产生的生活污水、各类废水及雨水一般以排入城市污水管网为主，这种模式管理简单，但由于工地用水量巨大，该模式凸显出经济性方面的不足[2]。另外，一些建筑工地位于城市郊区，城市排水管网尚未覆盖[3]。从经济性及实用性角度看，探讨一种适用于施工工地的污水处理工艺是十分必要的，并且该工艺可在项目建成后承担一定的中水回用功能。

曝气生物滤池（Biological Aerated Filter，BAF）是通过其中填料上的微生物进行初步降解降低SS及COD、氮、磷等有机物[4]。其集生物氧化和截留悬浮固体于一体，节省了后续二次沉淀池，占地小，实现污染物在同一单元反应器内去除，在保证处理效果的前提下使处理工艺简化，已在小规模污水处理领域取得了广泛应用[5]。针对BAF的工艺特点，该研究探讨BAF工艺在小型工业园区一般工业废水及生活污水处理应用中BAF反应器最佳工况参数的优化与确定。

1材料与方法

1.1试验装置及运行条件

装置启动器采用间歇进水方式，操作步骤为：进水—曝气反应—出水。利用蠕动泵从反应器下端一次性进水10 L，待反应结束后，从反应器下端排泥口排水，由于填料上的微生物呈固着态，因此每个周期经处理过的污水几乎可以完全排尽，提高了池容的利用率。启动期维持反应器内DO在2～4 mg/L，温度20～22 ℃。曝气生物滤池小试装置示意图见图1。

1.3分析项目及方法

COD、氨氮（NH+4N）、亚硝氮（NO-2N）、硝氮（NO-3N）、总氮（TN）的测定采用标准方法[6]。溶解氧（Dissolved Oxygen，DO）的测定采用美国HACH公司LDOTM型便携式溶氧仪。

2结果与分析

2.1进水COD对脱氮效果的影响

由图2可以看出，进水COD浓度的增加，有利于同步硝化反硝化的进行，NH+4N浓度均随着进水COD浓度的增加呈缓慢下降趋势。进水COD浓度由100 mg/L升高到190 mg/L的过程中，TN出水浓度降低幅度明显。而随着COD浓度的进一步升高，TN出水浓度降低不明显。分析认为，在碳源充足时，易于异养菌的大量繁殖，异养菌在污水COD浓度越高时与硝化菌竞争的优势越明显，因此硝化菌增殖受到抑制[7]。

一些研究都提到增加进水COD值能提高反硝化效率，出水中NO-3N及NO-2N浓度的显著下降试验也证明了这一点。当C/N较小时，出水硝态氮浓度较高，而且当硝化反应进行到后期时，反应器内溶解氧会有一定升高，从而抑制了反硝化的进行[8]。因此，过多的硝态氮要快速又完全地进行反硝化是不可能的。对于处理实际污水的情况中，为保证出水TN符合排放标准，在进水C/N值较低时应采用一定控制措施，如对进水水质进行控制，冬季污水中COD过低时（<100 mg/L），应适当投加部分碳源。

2.2HRT对脱氮效果的影响

HRT是污水生物处理工艺中最重要的设计参数之一，它直接影响到反应器池容的大小及工艺效果[9]。在整個脱氮过程中，硝化效果的好坏，直接影响到脱氮的效果，因此在进行HRT试验中，不能一味地追求TN的去除率，而是要综合考察HRT对NH+4N及TN的去除的影响。

由图3中可以看出，反应器表现出良好的同步硝化反硝化特性，TN随曝气反应的进行逐渐减少，最后随着碳源的耗尽逐渐趋于平衡。NO-2N及NO-3N在NH+4N降到最低之前随时间逐渐升高，之后则逐渐降低，如果后续的曝气时间足够长，NO-2N会降至零。开始6 h内NH+4N及TN值迅速下降，6 h以后下降趋势变缓，NH+4N浓度维持在5 mg/L左右，TN浓度维持在15 mg/L左右。由图3还可以看出，即使再延长反应时间，也只能将余下的氨氮转化为NO-xN，而TN的去除率没有太大的提高，因此试验将HRT定为6 h。另一方面，在实地工程的设计及应用中，反应器的体积随HRT的增加而加大，使基建费用升高，也意味着运转过程中将消耗更多的能量，最终导致单位处理成本的提高[10]。

2.3溶解氧（DO）对脱氮效果的影响

溶解氧是决定污水处理反应器脱氮效果的最关键因素之一[7]，图4为在控制不同DO情况下反应器的脱氮效果。由图4可以看出，反应器出水NH+4N浓度值随DO浓度增加呈显著下降趋势，TN呈先下降后上升趋势，其中在DO=1.5～3.0 mg/L时TN出水值达到最低。当DO超过4.0 mg/L后，出水TN值陡然升高。NO-3N浓度变化范围较小，DO超过3.5 mg/L后NO-3N有小幅升高，说明反应器内反硝化作用受到抑制，硝化菌出现积累现象。而由于反应器内曝气强度越来越大，NO-2N被氧化越来越完全，DO>5.0 mg/L时，反应器内已基本检测不到NO-2N。

从上述现象分析，DO浓度对同步硝化反硝化影响较大。曝气滤池内填料表面形成的生物膜系统受反应器内水流剪切力的重要影响，适宜的水流剪切作用才能维持生物膜的更新和持续生长[11]。曝气是剪切力的主导动力来源，因此，反应器内的DO控制不仅要满足微生物的需氧要求也要满足生物膜的更新要求。试验表明，在DO>4.0 mg/L时，出水TN浓度升高趋势明显，这是由于DO浓度过高使得生物膜周围及内部缺氧微环境遭到破坏，影响到了反硝化效果，而DO<1.5 mg/L时，出水TN出水浓度也较高，这是因为DO浓度低，硝化效果受到抑制。同時，DO浓度较低也会影响生物膜的更新，老化的生物膜无法脱落将导致生物膜活性下降，影响其生物降解功能[12]。在实际的运行当中，综合考虑NH+4N及TN的去除效果，建议将DO控制在偏低水平，DO宜保持在2.5～3.5 mg/L之间，另一方面，在保证出水稳定的前提下应尽量降低DO浓度，以使反应器能耗大幅度降低。

3结论

试验确定了曝气生物滤池反应器的脱氮效果在进水COD、HRT、溶解氧影响下的变化规律，并综合考虑经济性原则，确定了上述控制参数在曝气生物滤池处理实际港区污水中的适宜范围，建议控制最佳进水COD浓度范围为190～220 mg/L，最佳HRT为6 h，最适宜DO范围为2.5～3.5 mg/L。

参考文献

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