曝气量对好氧填料床处理农家乐生活污水的影响*

苏 翔，王 佳，张伟进

(1.重庆工商大学环境与生物工程学院，重庆400067;2.渭南市环境保护科学技术咨询中心，陕西渭南714000;3.重庆永川工业园区凤凰湖管理委员会 ，重庆402160)

好氧填料床采用与曝气池相同的曝气方法，提供微生物所需的氧量，并起搅拌与混合的作用，这样，又相当于在曝气池内投加填料，以供微生物栖息，因此，又称为接触曝气法，是一种介于活性污泥法与生物滤池两者之间的生物处理法。它具有处理时间短、体积小、净化效果好、出水水质好而稳定、污泥不需回流也不膨胀、耗电小等优点［1］。在接触好氧区进行曝气，是使空气中的氧转移到废水中而被好氧微生物所利用并分解废水中的有机污染物的过程，而氧在废水中的转移规律在很大程度上由污水水质、污水温度、氧分压、曝气作用下的浸没深度等因素有关［2］。

1 材料与方法

1.1 试验装置与材料

1.1.1 试验装置与工艺流程

试验的好氧填料床有效体积为24 L，池内装有立体弹性-组合-阿科蔓生态基3种混合填料，污水经厌氧反应区处理后，水流自上而下进入接触好氧填料床，试验装置见图1。

1.1.2 试验用水及接种污泥

试验所用生活污水为重庆市南岸区南山镇某农家乐生活污水，该污水有机污染物浓度比较高，如果取水回来放置时间比较久，其水质会发生比较大的变化，因此试验研究的采样时间间隔为5 d/次，下午5:30～6:30左右采样。污水经过厌氧填料床处理后，再进入好氧填料床，其水质情况见表1。

课题实验所用的接种污泥来自重庆市南岸区茶园新区污水处理厂的回流污泥，该污水处理厂接纳的污水主要是茶园新区生活污水及少部分工业用水，其中生活污水占有比重比较大，取回来的污泥可不用进行驯化，在反应器内与农家乐生活污水充分接触适应1～2 d即可进行实验。

图1 试验装置

表1 水质情况

1.2 试验方法

1.2.1 试验运行内容

好氧填料床经过10 d左右的挂膜成功后，在处理水量Q为6 L/h，水力停留时间为4 h，间歇曝气2 h停2 h，连续进水等条件下考察好氧及沉淀处理单元的溶解氧与曝气量的关系，并测定各水质指标，考察不同曝气量对出水水质的影响，从而确定好氧处理单元所需要的最佳曝气量。

1.2.2 分析项目及测定方法

根据国家环保部发布的水质监测方法标准测定各主要水质指标，方法见表2。

表2 实验分析项目及测定方法

2 试验结果与讨论

2.1 不同曝气量与好氧及沉淀处理单元溶解氧的关系

在进水流量、水力停留时间、曝气方式不变的情况下，调节空气泵及玻璃转子流量计，改变净化槽好氧处理单元内的曝气量，用溶解氧仪测定好氧区及沉淀区的溶解氧，其曝气量与溶解氧的关系见图2:

图2 溶解氧与不同曝气量的关系

由图2可知，好氧处理单元及沉淀处理单元的溶解氧浓度随着曝气量的增大而增大，在较低曝气量下，废水中好氧微生物的活性也比较低，它们新陈代谢所消耗的溶解氧也相对比较少［4］，因此曝气量0.1 m3/h处，溶解氧浓度的增长速度比较快;当曝气量达到一定强度后，好氧区的微生物活性增大，它们分解废水中有机污染物所消耗的溶解氧增多［5］，因此曝气量在0.1～0.25 m3/h范围内，溶解氧浓度的增长速度较之前的缓慢;但是当曝气量在0.25～35 m3/h范围内，此时好氧区内的微生物降解有机污染物所需的溶解氧已达到极限，此曝气量阶段溶解氧又出现一个快速增长状态;直至把曝气强度提高到0.35 m3/h以后，废水中的溶解氧慢慢趋向于饱和状态，其增长速度也逐渐降低。另外，从沉淀区溶解氧曲线图可知，在曝气量为0.25 m3/h处，其对应的溶解氧为2.2 mg/L，通过相关文献查询，沉淀区内水的溶解氧浓度如果低于2 mg/L，将会发生污泥膨胀现状，从而导致出水水质恶化，影响处理效果［6］。因此从以上分析来看，曝气量为0.25 m3/h时既满足好氧微生物降解有机污染物所需溶解氧的最佳范围又满足沉淀区污水所需溶解氧的最低范围。

2.2 不同曝气量对出水水质的影响

在进水流量、水力停留时间、曝气方式不变的情况下，调节空气泵及玻璃转子流量计，改变净化槽好氧处理单元内的曝气量，测定各个主要的出水水质指标，考察曝气强度对出水水质的影响。

2.2.1 不同曝气量对CODcr的影响

从图3可看出，一开始出水CODcr去除率随着曝气量的增大而增大，曝气量在0.25 m3/L处，CODcr去除率为86.6%，去除率最大值出现在曝气量为0.3 m3/h处，此时CODcr的去除率为87%，但是当继续提高曝气强度后，从图3可看到CODcr去除率开始出现下降趋势，当曝气量提升至0.5 m3/h时，其对应的CODcr去除率仅为70%。分析其原因，好氧微生物的活性会随着曝气量的增大而增高，从而其去除废水中有机污染物的能力也越高，但是当曝气量达到一定强度后，过量的曝气强度导致好氧微生物膜出现破损现象，从而降低处理废水效果，因此就会出现CODcr去除率下降情况。

图3 曝气量与CODcr去除率的关系

2.2.2 不同曝气量对NH3－N的影响

净化槽对NH3－N的去除主要发生在好氧反应阶段，通过生物硝化进行处理，在好氧条件下，通过亚硝酸盐菌和硝酸盐菌的作用下，将NH3－N转化为亚硝酸盐氮和硝酸盐氮的过程，一般1 g氨氮转化为硝酸盐氮时需要溶解氧4.57 g［7，8］，因此好氧区对氨氮的去除与溶解氧有相当重要的关系。从图4可看出，当曝气量为0.1 m3/h处，对NH3－N的去除效果不佳，其对应的去除率仅为7%，随着曝气量的增大，好氧处理区内的硝化菌所需要的溶解氧也相应增多，从而NH3－N的去除率也随着增大，在曝气量为0.35 m3/h处，其去除率最高，可达91%。曝气量在0.25 m3/h处，对应的NH3－N去除率为86%，出水浓度为13 mg/L，已达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》的二级排放标准。当曝气量超过0.35 m3/h后，NH3－N的去除效果逐渐变差，原因跟图3中CODcr的情况一样，都是由于过量曝气而导致微生物膜的破损造成的。

图4 曝气量与NH3－N去除率的关系

2.2.3 不同曝气量对SS的影响

由于通过厌氧区处理过后，SS浓度明显下降，废水经过好氧区处理单元后，SS得到了进一步的降解。由图5可看出，SS去除率随着曝气强度的加大而增大，当曝气量在0.25 m3/h处，其去除率为87%，在曝气量为0.3 m3/h处，SS去除率达到91%，往后再增大曝气量，SS的去除率基本没有多大变化。

图5 曝气量与SS去除率的关系

2.2.4 不同曝气量对动植物油的影响

废水经过隔油池的隔油处理后，废水中的动植物油脂含量明显下降，但是仍然存在小颗粒油脂未得到去除，在经过厌氧及好氧处理单元后，通过附在填料上的微生物拦截、吸附等作用，动植物油脂得到了进一步的去除。图6考察了在不同曝气强度对出水中动植物油去除率的影响，由图6数据可看出好氧区废水中的动植物油在较低曝气量下其去除率仍然可达80%左右，它随曝气量的改变不是很明显，原因是动植物油脂在隔油池及厌氧处理单元已得到了较好的处理效果，到了好氧处理单元动植物油脂的含量已经相对比较低。当曝气量在0.25 m3/h处，其对应的动植物油去除率为91%，完全可以达标排放，虽然继续增大曝气量，其去除率会有缓慢上升趋势，但是考虑到实际应用，节约能源没有必要再增大曝气强度。

图6 曝气量与动植物油去除率的关系

3 结论

(1)通过不同曝气强度与好氧及沉淀处理单元溶解氧的实验研究分析结果表明，好氧区所需的最佳曝气强度范围在0.25～0.35 m3/h之间，当曝气量低于0.25 m3/h时，沉淀区的溶解氧浓度将会小于2 mg/L，对水质会产生负面影响。

(2)不同曝气强度对出水水质的影响实验表明，在较低曝气量为0.25 m3/h情况下，出水CODcr、NH3－N、SS、动植物油的去除率分别为:86%、86.6%、87%、91%，出水均可达标排放。

(3)综上分析，确定曝气量0.25 m3/h为净化槽好氧处理单元的最佳曝气量。

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