深度处理农村生活污水的核桃壳填料BAF与活性炭BAF对比试验研究

代学民 卢 颖 南国英 任淑萍

(河北建筑工程学院，河北 张家口 075000)

1 引 言

随着经济社会的迅速发展，生活污水的产生量与日俱增，将生活污水进行回用成为解决水资源短缺的一个重要方法.曝气生物滤池(BAF)在对生活污水进行深度处理时具有生物浓度高、菌群结构合理、耐冲击能力强、受气温影响小、运行操作简单等优点.活性炭BAF是常见的处理生活污水的曝气生物滤池工艺，将核桃壳BAF与活性炭BAF在相同的进水条件和运行参数下，测定反应器出水氨氮和CODCr，分析比较两种不同填料的BAF对试验原水的去除效果，并依据反冲洗过程进行耗能对比，以期为核桃壳填料BAF在实际应用上提供理论支持.

图1 试验装置设计图

2 试 验

2.1 试验装置

本试验用核桃壳和活性炭作为两级好氧曝气生物滤池填料，其处理对象为农村生活污水经二级处理后的出水.试验装置如图1所示，本试验装置由砂滤池和两个内径为80 mm的两级好氧曝气生物滤池反应器串联而成.砂滤池尺寸为50 cm×70 cm×50 cm，填料层高度为70 cm，自填料层底部开始每隔10 cm设一个取样口，对于二级反应器，其填料层底部的高度从0 cm起，以此类推.曝气器为细孔柱状砂芯曝气头，置于进水区底部.法兰盘上分布5 mm直径的小孔，以保证布水布气均匀.

反应器进水采用上向流的形式，农村生活污水经二级处理后的出水，经过砂滤池过滤后，从一级反应器进水区侧边的进水管进入，自下而上依次穿过承托层、填料层、出水沉淀区.一级反应器的出水经管道连接流至二级反应器底部，再次处理后由二级反应器的顶部排出.反冲洗时采用气水联合同向反冲洗，反冲洗水由图1上所示反冲洗出水口排出.

2.2 试验填料

核桃壳填料采用2.00～2.50 mm粒径的核桃壳，活性炭填料采用柱状活性炭，长3 mm，粒径为1.5 mm.

2.3 试验原水

本试验原水为农村生活污水经二级处理后的出水，其水质指标如下表1所示.

表1 实验原水水质指标

2.4 水质指标的测定

水质指标的测定方法及主要仪器如表2所示.

表2 水质指标测定方法

3 结果与讨论

3.1 稳定运行处理效果对比

核桃壳填料BAF和活性炭BAF的运行参数均采用进水水力负荷为0.65 m3/(m2·h)，一、二级反应器的气水比分别为6∶1和1∶1，填料层高度均为50 cm.试验进水氨氮和CODCr平均值分别为7.72 mg/L和55.29 mg/L.选取两种BAF稳定15 d的数据进行对比分析，如图1到4，核桃壳填料BAF和活性炭BAF对氨氮、CODCr的处理效果所示.

在相同的运行条件下，核桃壳填料BAF一、二级反应器对氨氮的平均去除率分别为78.61%和97.12%，最终出水氨氮的平均含量为0.22 mg/L，活性炭BAF一、二级反应器对氨氮的平均去除率分别为84.54%和98.36%，平均出水氨氮值为0.13 mg/L.

图1 核桃壳填料BAF对氨氮的处理效果

图2 活性炭BAF对氨氮的处理效果

图3 核桃壳填料BAF对CODCr的处理效果

图4 活性炭BAF对CODCr的处理效果

分析试验结果，核桃壳填料BAF与活性炭BAF的一级反应器对氨氮的去除效果略有差异，二级反应器出水中氨氮的去除效果接近，原因可能是活性炭BAF中进入到二级反应器的进水氨氮值要低于核桃壳填料BAF，氨氮值低影响了活性炭BAF中硝化细菌对氨氮的降解活性，故最终出水效果两种BAF去除效果接近.核桃壳填料BAF一、二级反应器对CODCr的平均去除率分别为61.89%和82.59%，最终出水CODCr的平均含量为9.65 mg/L，活性炭BAF一、二级反应器对CODCr的平均去除率分别为73.48%和86.32%，平均出水CODCr值为7.54 mg/L.同氨氮的去除效果相近，最终出水中CODCr的去除效果接近，核桃壳填料BAF与活性炭BAF对CODCr的去除都主要发生在一级反应器内，一级反应器内的氧量充足，为好氧异养菌的生存提供了优势.

3.2 经济比较

我国核桃产量巨大，是传统的核桃出口国家，随着产业化水平的提升，核桃的产量也在逐年上升.核桃壳作为核桃的副产品之一，我国每年产生的废弃核桃壳一般都作为垃圾处理，能进行处理、回收资源化利用的量极少.虽然活性炭作为BAF填料时处理效果较好，但是采用活性炭填料会提高深度处理成本.根据市场价格比较，活性炭柱状填料大约为5元/kg，但核桃壳填料的价格约为2.5元/kg，从购买成本上核桃壳具有优势.

BAF稳定运行维护过程中，反冲洗过程是恢复反应器效能，防止反应器因填料吸附和生物老化脱落造成堵塞，反冲洗耗能也是比较两种BAF经济性的重要方式之一.在两种BAF运行过程中发现，核桃壳填料BAF的水头损失达到15 cm需要13 d，但活性炭BAF的水头损失达到相同数值仅需8d，可以看出活性炭BAF中填料的堵塞时间短，需要进行反冲洗的次数较核桃壳填料BAF的多，参考活性炭BAF的反冲洗过程，综合可知，活性炭BAF的水冲强度为3-5 L/(m2·s)，气冲强度为8～10 L/(m2·s)，冲洗时间为10～15 min，根据冲洗天数的倍数关系可知，全部取文献中反冲洗过程参数的最小值，计算比较可得在相同运行天数时核桃壳填料BAF反冲洗耗水量是活性炭BAF的近两倍，但耗气量是0.77倍，即每天耗水量多0.012 L，耗气量节省0.007 L.

3.3 环境效益比较

与活性炭填料相比较，将核桃壳填料用于深度处理农村生活污水，既能实现废弃物资源化，又能利用现有的绿色资源，降低废水处理成本，进一步拓宽填料的选择和应用范围.从环境效益方面分析，核桃壳填料的开发与利用，微观上对核桃产业来说，提升了回收核桃产业副产品以及销售绿色填料的收入，增加了废弃物循环利用带来的产业效益；宏观上减少核桃壳产地固体废物的处理，节约国家能源.

4 结 论

(1)核桃壳填料BAF与活性炭BAF相对比，试验原水中氨氮和CODCr的处理效能虽在一级反应器的出水上处理效果较差，但是在二级反应器中的去除率接近，最终出水中差距极小，氨氮含量仅高0.09 mg/L，CODCr含量仅高2.11 mg/L.

(2)从填料成本比较，此核桃壳填料制备简单，成本低于活性炭.在反冲洗耗能比较中，发现活性炭BAF更容易堵塞，核桃壳填料BAF在反洗过程中耗气量较活性炭BAF少，但耗水量大，在运行维护上核桃壳填料BAF成本降低.

(3)环境效益方面，核桃壳作为绿色填料，增加废弃物循环利用效益，减缓环境处置压力.