活性焦两级生物滤池用于生活污水深度处理的研究

＊郭泓利 陈鹏飞 王超 李杰 基泽 郑梅

（1.北控水务（中国）投资有限公司 北京 100102 2.北京市海淀区排水管理所 北京 100095 3.北京市海淀区河道管理所 北京 100094）

引言

随着我国水污染问题日益凸显，污水处理行业政策环境发生深刻变化，水处理要求趋严、标准不断提高，新形势下传统污水厂提标升级改造的要求日趋迫切。目前地方标准中将城镇污水处理厂污水的水质指标提高到准四类或以上的地区包含北京、天津、四川岷江沱江流域、太湖流域、巢湖流域等，浙江省出台的征求意见稿中也提高了出水标准，可以预见新一轮的标准提高将成为趋势。越来越多的污水处理厂二级出水还被用做再生水厂的水源或是景观河道补充水，对水质提出了更严格的标准要求，亟需稳定、高效、经济的污水处理技术。

曝气生物滤池是一种新型粒状填料开发之后兴起的将生物氧化与深床过滤机理有机结合的污水处理新工艺[1-3]。其核心技术是采用多孔性的滤料作为生物载体，单位体积的生物量数倍于活性污泥法，因此具有处理负荷高、池体体积小、占地省的特点[4-5]。但该工艺对进水悬浮物浓度和滤料都有较高的要求，滤料选择不慎或运行参数控制不合适，滤料会随水或反冲洗水流失[6-7]。活性焦是一种常见的炭基材料，具有活性炭的特性。即活性焦本身既是吸附剂，又是催化剂，同时还可以用作催化剂载体。活性焦实质上是一种低比表面积活性炭，其比表面积一般为600～850m2/g。但是，在各种炭基吸附剂中，活性焦由于具有价格相对便宜、机械强度高、耐磨损等优点而受到关注[8-9]。本试验开发了一种基于活性焦的两级生物滤池，针对城镇污水厂高密池出水进行处理以进一步消减残留的COD、TN，探讨COD、TN生物转化机理，阐明活性焦的两级生物滤池作用机制，以期为实际工程应用提供参考与指导。

1.材料与方法

(1)试验装置

本实验装置采用不锈钢制成，由两个形状尺寸相同的滤池组成，其中单个滤池高为6m，单格过滤面积为1m2，内填充3～5mm活性焦填料，填料层高度为2.5m；反应器采用变频潜水泵持续进水，重力流出水，水流自底部进水、上部出水，流量范围在50～240L/h；反应器内设曝气盘，同时兼作气反冲洗布气，反应器内还设有反冲洗水管。

图1 试验装置图

(2)试验方案

①试验参数

第一级活性焦滤池主要用于反硝化脱氮，通过碳源投加装置投加碳源，除了反冲洗外，其他时间段均不曝气。第二级活性焦滤池主要用于COD去除，活性焦滤池由单孔膜曝气器进行曝气，曝气量为0.1m3/min，DO控制在2mg/L左右。实验方案主要参数如表1所示，本实验主要分为七个阶段，主要研究了流量、碳源浓度对系统的影响，七个阶段连续运行204d，每天测定了COD、氨氮、TN指标，并分析其在出水中的变化趋势情况，从而了解系统的有机物去除和脱氮性能。

表1 实验方案主要参数

(3)进水水质

进水某生活污水厂高效沉淀池后的出水，该污水厂的工艺为A2O+高效沉淀池，出水为城镇污水处理厂水污染物排放国家一级A标准。其中每阶段进水COD、TN、NH4+-N、TP和SS 的浓度水质如图2所示。

图2 试验期间进出水数据

(4)水质指标分析方法

本实验中，对于曝气生物滤池的测试项目主要为常规水质指标测试。其中，常规水质指标检测方法参照国家标准[10]：COD以重铬酸钾快速密闭消解法测定，NH4+-N采用纳氏试剂分光光度法测定，TN采用碱性过硫酸钾消解紫外分光光度法测定，TP采用钼锑抗分光光度法测定，DO采用便携式溶解氧测定仪（LDOTM，美国哈希公司）测定 。

2.结果与讨论

(1)NH4+-N的去除效果

本次试验用的进水氨氮基本都在0～2.5mg/L之间，出水氨氮在0～1mg/L之间。本试验中系统出水氨氮去除效果如图3所示。由于进水氨氮浓度较低，氨氮的去除率达到56.89%，氨氮的去除过程主要以吸附作用为主，去除过程的规律特征不明显。

图3 出水中NH4+-N去除效果

(2)TN的去除效果

系统脱氮性能的连续实验结果4所示。由图4可以看出，第一阶段的TN去除率最好，去除率在50%～90%之间（平均值75.08%），出水TN在2～3mg/L之间；第二阶段的TN去除率次之，去除率在10%～40%之间（平均值20.98%），出水TN在7～11mg/L之间（平均值为9.30mg/L）；第三阶段的TN去除率在10%～40%之间（平均值22.82%），出水TN在7～11mg/L之间（平均值为9.65mg/L）；第四阶段的TN去除率在0.9%～36%之间（平均值15.27%），出水TN在6～12mg/L之间（平均值为9.84mg/L）；第五阶段TN去除率在0～43%之间（平均值17.56%），出水TN在7.2～12mg/L之间（平均值为9.68mg/L）；第六阶段TN去除率在0.87%～44.5%之间（平均值17.09%），出水TN在6.4～11.4mg/L之间（平均值为9.03mg/L）；第七阶段TN去除率在0～45%之间（平均值16.4%），出水TN在8.61～12.6mg/L之间（平均值为10.03mg/L）。对比7个阶段的TN去除率变化曲线发现，第一阶段除了TN去除效果最好外，其变化趋势也是最稳定的，结果表明碳源充足条件下，反应器的水力停留时间越长，总氮的去除效果越好。

图4 出水中TN去除效果

(3)COD的去除效果

系统的COD去除性能实验结果见图5所示。由图5可以看出，第一阶段的COD平均去除率为26.69%，其中出现了出水COD高于进水COD的现象，分析原因是由于添加碳源过量导致出现COD穿透的现象；第二阶段的COD平均去除率为47.01%，出水COD都在5～17mg/L（平均值为10.22mg/L）；第三阶段的COD平均去除率为31.29%，出水COD在8～18mg/L之间（平均值为14.13mg/L）；第四阶段的COD平均去除率33.17%，出水COD在6～25mg/L之间（平均值为16.58mg/L）；第五阶段COD平均去除率为31.20%，出水COD在8～23mg/L之间（平均值为9.68mg/L），同样出现了出水COD高于进水COD的现象，分析原因是由于添加碳源过量导致出现COD穿透；第六阶段COD平均去除率为20.37%，出水COD在10～25mg/L之间（平均值为16.93mg/L）；第七阶段COD平均去除率为-9.79%，61%的试验日都出现出水COD高于进水COD的现象，出水COD在23～33mg/L之间（平均值为26.92mg/L）。试验结果表明，过量投加碳源、过短水力停留时间均会导致出水COD超标，较长水力停留时间运行效果较好，适量碳源投加和水力停留时间控制是保证系统稳定效果的保障。

图5 出水中COD去除效果

(4)TP的去除效果

本次试验用进水TP基本都在0.025～0.5mg/L之间，出水TP在0～0.44mg/L之间。本试验中系统出水TP去除效果如图6所示。由于进水TP浓度较低，TP的去除率没有呈现出明显的规律，本试验系统对TP去除过程未表现出明显强化作用。

图6 出水中TP去除效果

(5)SS的去除效果

系统的SS去除性能，实验结果见图7所示。由图7可以看出，第一阶段的SS去除率在0～90%之间（平均值30.73%），出水SS在3～8mg/L之间（平均值为5.42mg/L）；第二阶段的SS的去除率在0～90%之间（平均值49.49%），出水SS在1～10mg/L之间（平均值为4.08mg/L）；第三阶段的SS去除效果最好，去除率在50%～85%之间（平均值69.85%），出水SS在2～5mg/L之间（平均值为3.14mg/L）；第四阶段SS去除率在9%～70%之间（平均值49.71%），出水SS在4～10mg/L之间（平均值为6.07mg/L）；第五阶段SS去除率在0～70%之间（平均值49.07%），出水SS在4～11mg/L之间（平均值为5.72mg/L）；第六阶段SS去除率在50%～80%之间（平均值52.96%），出水SS在4～8mg/L之间（平均值为5.67mg/L）；第七阶段SS去除率10%～80%之间（平均值39.82%），出水SS在4～14mg/L之间（平均值为7.77mg/L）。结果表明长的水力停留时间更有利于SS的去除，去除效果最稳定。

图7 出水中SS除效果

3.结论

采用活性焦两级生物滤池系统对生活污水进行深度处理，可以对TN、COD、SS具有较好去除效果，碳源投加浓度和水力停留时间为影响运行效果的主要运行条件。停留时间越长，越有利于活性焦对COD的吸附。综合考虑，处理负荷、处理效果和处理成本，系统最佳的运行条件是流量50t/d，第一级活性焦滤池停留时间为72min，第二级活性焦滤池停留时间72min，碳源投加浓度为5mg/L。此时，系统SS平均去除率69.85%，COD平均去除率为31.29%，TP平均去除率为58.49%，TN平均去除率为22.82%，NH4+-N平均去除率为57.03%。系统运行稳定，出水水质优良。