水解酸化—改性贻贝壳填料曝气生物滤池处理生活污水研究

孙会玲， 刘 梅， 林梦晓， 刘作康， 孙静亚

( 浙江海洋学院海洋科学与技术学院，舟山浙江 316000)



水解酸化
—改性贻贝壳填料曝气生物滤池处理生活污水研究

孙会玲， 刘 梅， 林梦晓， 刘作康， 孙静亚*

( 浙江海洋学院海洋科学与技术学院，舟山浙江 316000)

摘要[目的]研究水解酸化—改性贻贝壳填料曝气生物滤池(BAF)处理生活污水的效果。[方法]在不同磷含量条件下，分别以未改性贻贝壳及3种不同浓度柠檬酸改性贻贝壳为填料的曝气生物滤池与水解酸化池组合对生活污水中COD、氨氮(NH3-N)和总磷(TP)进行去除，并对4种贻贝壳BAF的去除效果进行比较。[结果]当磷含量为14.03～14.73 mg/L时， 1.0%柠檬酸改性贻贝壳为填料BAF对COD的去除效果最好，去除率最高可达90.11%；在2种不同磷浓度的条件下，4种贻贝壳BAF对NH3-N均有很好的去除效果；当磷含量为2.26～2.61 mg/L时，1.0%柠檬酸改性贻贝壳为填料BAF对TP的去除效果最好，去除率最高可达91.89%。磷含量的提高可以在一定程度上促进COD和NH3-N的去除，但TP的去除效率降低。[结论]4种贻贝壳填料BAF中，1.0%柠檬酸改性贻贝壳填料BAF对生活污水中COD、NH3-N和TP去除效果最好。

关键词曝气生物滤池 (BAF)；改性贻贝壳；生活污水；COD；NH3-N；TP

曝气生物滤池(Biological aerated filter,BAF)是以填料为生物膜载体，通过生物降解、吸附等功能处理污水的新型技术[1]。填料不仅决定了BAF工艺初期建设和成本，而且还是影响BAF处理效果的关键因素[2-3]。熊小京等[4]通过静态试验发现，贝壳在酸性条件下，可通过化学作用将水中的磷除去。余俊洁[5]将贝壳作为水解酸化单元的填料，通过产酸作用将贝壳中钙离子溶出，达到去除污水中磷的目的。贻贝壳最外层为硬化蛋白组成的角质层[6]，为了使贻贝壳更易溶出钙离子，笔者用不同浓度的柠檬酸对贻贝壳表面进行改性，以期得到良好的去磷效果。水解酸化作为预处理工艺，与其他工艺组合可以降低处理成本，提高处理效率[7]。现已有很多关于该方面的研究，如用水解酸化与悬浮滤料BAF一体化装置处理生活污水[8]、用水解酸化集成 D-A2O 处理校园生活污水[9]以及用水解酸化与生物接触氧化工艺处理城镇生活污水[10]，均获得了良好的处理效果。目前，有关应用改性贻贝壳作曝气生物滤池填料处理生活污水的研究鲜有报道。鉴于此，笔者分别以未改性贻贝壳及3种不同浓度柠檬酸改性贻贝壳为填料的曝气生物滤池与水解酸化池组合对生活污水中COD、氨氮(NH3-N)和总磷(TP)进行去除效果研究，以期为科学治理水污染提供一定的科学依据。

1材料与方法

1.1试验材料贻贝壳由浙江省舟山市嵊泗县贻贝养殖基地提供。选择大小相当的贻贝壳分别用质量分数为0.5%、1.0%和2.0%的柠檬酸浸泡24 h，进行改性。改性后的贻贝壳用清水冲洗干净后，用纯水冲洗3次，置55 ℃的烘箱中烘干。

1.2主要试验装置试验装置由直径为15 cm，高为18 cm的塑料瓶(曝气生物滤池)、蠕动泵、曝气装置、进水池和水解酸化池组成。试验流程如图1所示。

曝气生物滤池的填料分别为未改性贻贝壳、0.5%柠檬酸改性贻贝壳、1.0%柠檬酸改性贻贝壳和2.0%柠檬酸改性贻贝壳,相应的水解酸化—曝气生物滤池分别记作1#、2#、3#、4#。

图1　试验流程Fig.1　 Flow chart of experiment process

1.3试验方法进水水质参数如表1所示。试验用水从进水箱进入到滤池底部，气水自下而上同向，处理后的水从顶端流出。反应器启动时加一定量的活性污泥作泥种，当污泥沉降比(SV)达到30%时，加入贻贝壳。试验水力停留时间(Hydraulic retention time,HRT)为8 h，曝气量为0.2～0.4 L/min，取样周期为48 h。取样点分别为进水、水解酸化池出水以及BAF出水。水样测试前经过滤放入样品瓶中，不能及时测试的样品放入冰箱(4 ℃)中保存，36 h内完成测定。试验水质指标COD、NH3-N、TP检测均按照国家标准进行。

表1　试验进水水质

2结果与分析

2.14种贻贝壳BAF对COD的处理效果

2.1.1对COD的平均去除率。由图2可知，当磷含量为2.26～2.61 mg/L时，COD平均去除率为77.82%～83.18%，4个系统中4#对COD的去除效果较好；当磷含量为14.03～14.73 mg/L时，COD平均去除率为80.67%～85.37%。除4#对COD的去除效果稍有降低，其他3个系统对COD的去除效果均有不同程度改善，其中3#去除效果最为明显。可见提高磷含量在一定程度上可以提高BAF对COD的去除效果。

2.1.2对COD去除具体情况。由图3可知，当磷含量为14.03～14.73 mg/L时，1.0%改性贻贝壳BAF对COD的去除效果最好，去除率最高可达90.11%。4种贻贝壳填料BAF中，提高磷含量，3# 出水中COD值明显降低，其余3种贻贝壳BAF出水COD值没有明显改变。磷含量的提高使得部分COD的去除发生在水解酸化池中，因为磷含量的提高使得水解酸化池中的微生物可以更好地降解有机物。

图2　COD平均去除率 Fig.2　COD average removal efficiency

图3　不同磷含量下4种贻贝壳BAF对COD的去除效果Fig.3　The effect of COD removal in 4 mussel shells under different phosphorus concentration

2.24种贻贝壳BAF对NH3-N的处理效果

2.2.1对NH3-N的平均去除率。由图4可知，当磷含量为2.26～2.61 mg/L时，NH3-N平均去除率为92.30%～93.82%；当磷含量为14.03～14.73 mg/L时，NH3-N平均去除率为90.12%～96.16%。可见，在该试验条件下，4种贻贝壳BAF对NH3-N均有很好的去除效果。提高磷含量，1#和2#处理NH3-N效果略有下降，3#几乎没有影响，4#处理NH3-N效果有所提升，造成这一结果的主要原因是随着柠檬酸浓度的提高，贻贝壳表面改性后粗糙度增加，使其表面更有利于微生物的附着，提高了脱氮的效果。

2.2.2对NH3-N去除具体情况。由图5可知，在2种磷含量的情况下，4种贻贝壳BAF的进水池和水解酸化池中NH3-N含量变化均很大，出水中NH3-N含量均在2.95 mg/L以下，达到了《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB 18918—2002)的一级A标准。24 h后，去除率有明显的下降，但出水中NH3-N含量并没有明显升高，这是由于进水中NH3-N含量下降所导致的。在磷含量为14.03～14.73 mg/L时，4#表现出了稳定的去除效果。

图4　NH3-N平均去除率Fig.4　NH3-N average removal efficiency

2.34种贻贝壳BAF对TP的处理效果

图5　不同磷含量下4种贻贝壳BAF对NH3-N的去除效果Fig.5　The effect of NH3-N removal in 4 mussel shells under different phosphorus concentration

图6　TP的平均去除率Fig.6　TP average removal efficiency

2.3.1对TP的平均去除率。当磷含量为2.26～2.61 mg/L时，TP的平均去除率为85.94%～90.65%；当磷含量为14.03～14.73 mg/L时，TP的平均去除率为12.67%～16.70%。在磷含量为2.26～2.61 mg/L的条件下4种贻贝壳BAF对TP的平均去除率均达到了85.94%以上，对TP的去除效果较稳定且优于部分其他填料BAF[11-12]；在磷含量为14.03～14.73 mg/L的条件下，TP的平均去除率明显下降，可见，4种贻贝壳BAF对磷含量较高的生活污水处理效果一般，并没有因为填料可以释放Ca2+而得到改善，TP去除率与余俊洁[5]的研究中在进水TP含量为15.5 mg/L时的去除率相当。

图7　不同磷含量下4种贻贝壳BAF对TP的去除效果Fig.7　The effect of TP removal in 4 mussel shells under different phosphorus concentration

2.3.2对TP的去除具体情况。由图7可知，在磷含量为2.26～2.61 mg/L时，进水池、水解酸化池和出水池中的磷含量均很稳定，可能是由于此时的磷浓度可以很好地维持水解酸化池和BAF中可去除磷的菌群。此时，3#对TP的去除效果最好，去除率最高可达91.89%，出水中磷含量为0.21～0.39 mg/L，达到了《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB 18918—2002)的一级A标准。当磷含量为14.03～14.73 mg/L时，随着磷浓度增大，水解酸化池中微生物活性增大，水解酸化池对TP的去除效果明显，但对于BAF生物膜，由于其自身对TP的去除能力有限并达到饱和，导致对TP的去除效率下降，这也与曝气生物滤池工艺自身的缺点有关。

3结论

(1)在2种不同磷浓度的条件下，4种贻贝壳BAF对COD的去除效果均较好，去除率最高可达90.11%。磷含量的提高可以在一定程度上改善其对COD的去除。

(2)在2种不同磷浓度的条件下，4种贻贝壳BAF对NH3-N均有很好的去除效果。磷含量的改变对4种贻贝壳BAF去除NH3-N没有明显影响。

(3)4种贻贝壳BAF对磷含量较低的生活污水有较好的磷去除效果，去除率最高可达91.89%，出水中磷含量均低于0.40 mg/L；对磷含量较高的生活污水除磷效果一般。

(4)综合比较4种贻贝壳BAF与水解酸化池组合处理系统，以1.0%柠檬酸改性贻贝壳为填料的BAF处理生活污水效果最好。

参考文献

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Study on a Hydrolytic Acidification-Modified Mussel Shell Used as Packing Media in Biological Aerated Filter Systems for Domestic Wastewater Treatment

SUN Hui-ling,LIU Mei,LIN Meng-xiao,SUN Jing-ya*et al

(College of Marine Science & Technology,Zhejiang Ocean University,Zhoushan,Zhejiang 316000)

Abstract[Objective] The aim was to study a hydrolytic acidification-modified mussel shell used as packing media in biological aerated filter systems for domestic wastewater treatment.[Method] The performance of four hydrolytic acidification- BAFs,with mussel shell and mussel shell modified by citric acid at 3 different concentrations as packing media respectively,was investigated to compare their effects for domestic wastewater treatment.The removal efficiencies of chemical oxygen demand(COD),ammonia nitrogen(NH3-N) and total phosphorus(TP) in these four systems were observed under different phosphorus concentrations.[Result] The results showed that COD removal was best,the highest removal rate was up to 90.11%,at the condition of phosphorus concentration range was 14.03-14.73 mg/L,the BAF with mussel shell modified by 1.0% citric acid.Under 2 different phosphorus concentrations,BAF with 4 kinds of mussel shell had good removal effect on NH3-N .When the phosphorus concentration range was 2.26-2.61 mg/L,TP removal in BAF with mussel shell modified by 1.0% citric acid was best,the highest removal rate was up to 91.89%.When TP concentration was increased,COD and NH3-N removal were enhanced,but TP removal efficiency was reduced.[Conclusion] In general,the performance of BAF with mussel shell modified by 1.0% citric acid in COD,NH3-N and TP removal is better than others.

Key wordsBiological aerated filter (BAF); Modified mussel shell; Domestic wastewater; COD; NH3-N; TP

基金项目浙江省自然科学基金(LY14D060003)；海洋公益性行业科研专项经费项目(201305012-2);浙江省大学生科技创新活动计划暨新苗人才计划项目(2015R411001)。

作者简介孙会玲(1989- )，女，河北承德人，硕士研究生，研究方向：功能材料的改性与水污染控制技术。*通讯作者，教授，从事功能材料的改性和水污染控制技术研究。

收稿日期2016-03-23

中图分类号S 181;X 703.1

文献标识码A

文章编号0517-6611(2016)10-060-04