前置反硝化BAF对氨氮的去除效果研究

２０１７年３月　咸阳师范学院学报　Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｘｉａｎｙａｎｇ　Ｎｏｒｍａｌ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　Ｍａｒ．２０１７　Ｖ＿０ｌ－３２　ＮＯ．２　第３２卷第２期　【化学与材料科学研究】　前置反硝化ＢＡＦ对氨氮的去除效果研究　陆艳侠　（六安职业技术学院城市建设学院，安徽六安２３７１５８）　摘要：以水温、原水ＣＯＤ负荷、填料高度、原水氨氮浓度为基本控制参数，对曝气生物滤池前　置反硝化工艺去除氨氮的工艺性能进行研究。试验结果显示，回流比为２：１、水温高于２１．５　０Ｃ、原　水氨氮浓度小于３２．４１　ｍｇ／Ｌ、ＣＯＤ负荷低于５．４５　ｋｇ／（ｍ　・ｄ）时，系统对氨氮去除效果好，平均去除　率为８６．１％。在好氧段，填料层高度设置为１．３　ｍ时，出水氨氮浓度低于２　ｍｇ／Ｌ，系统对氨氮的去除　效果远远低于国家标准要求。　关键词：曝气生物滤池；前置反硝化；氨氮去除效果　中图分类号：Ｘ７０３．１　文献标识码：　Ａ　文章编号：１６７２—２９１４（２０１７）０２—００７１—０４　Ｓｔｕｄｙ　ｏｎ　Ｒｅｍｏｖａｌ　Ｅｆｉｃｉｅｎｃｙ　ｏｆ　ｆＡｍｍｏｎｉａ　Ｎｉｔｒｏｇｅｎ　ｂｙ　Ｐｒｅ．ｄｅｎｉｔｒｉｆｉｃａｔｉｏｎ　Ｂｉｏｌｏｇｉｃａｌ　Ａｅｒａｔｅｄ　Ｆｉｌｔｅｒ　ＬＵ　Ｙａｎｘｉａ　（Ｓｃｈｏｏｌ　ｏｆ　Ｃｉｙ　ｔＣｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ，Ｌｕ’ａｌｌ　Ｖｏｃａｔｉｏｎａｌ　Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ　Ｃｏｌｌｅｇｅ，Ｌｕ’ａｎ　２３７　１　５８，Ａｎｈｕｉ，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎ　ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ，ｉｎ　ｏｒｄｅｒ　ｔｏ　ｐｒｏｖｉｄｅ　ｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌ　ｂａｓｉｓ　ｆｏｒ　ｔｈｅ　ｐｒａｃｔｉｃａｌ　ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ｔｈｅ　ｒｅ—　ｍｏｖａｌ　ｏｆ　ａｍｍｏｎｉａ　ｎｉｔｒｏｇｅｎ　ｆｒｏｍ　ｔｈｅ　ｐｒｅｔｒｅａｔｍｅｎｔ　ｂｉｏｌｏｇｉｃａｌ　ａｅｒａｔｅｄ　ｆｉｌｔｅｒ（ＢＡＦ）ｗａｓ　ｓｔｕｄｉｅｄ　ｉｎ　ｔｅｒｍｓ　ｏｆ　ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ，ｉｎｆｌｕｅｎｔ　ＣＯＤ　ｌｏａｄｉｎｇ，ｐａｃｋｉｎｇ　ｈｅｉｇｈｔ　ａｎｄ　ｉｎｆｌｕｅｎｔ　ａｍｍｏｎｉａ　ｎｉｔｒｏｇｅｎ　ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ　ａｓ　ｔｈｅ　ｂａｓｉｃ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ．Ａｃｃｏｒｄｉｎｇ　ｔｏ　ｔｈｅ　ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ　ｒｅｓｕｌｔｓ，ｔｈｅ　ｒｅｆｌｕｘ　ｒａｔｉｏ　ｗａｓ　２：１；ｔｈｅ　ｗａｔｅｒ　ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ　ｗａｓ　ｈｉｇｈｅｒ　ｔｈａｎ　２１．５。Ｃ：ｔｈｅ　ｉｎｆｌｕｅｎｔ　ＮＨ３　，Ｎ　ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ　ｗａｓ　ｌｅｓｓ　ｔｈａｎ　３２．４１ｍｇ／Ｌ；ｔｈｅ　ＣＯＤ　ｌｏａｄｉｎｇ　ｗａｓ　ｌｏｗｅｒ　ｔｈａｎ　５．４５ｋｇ／（ｍ　・ｄ）；ｔｈｅ　ｓｙｓｔｅｍ　ｏｆ　ｈｅ　ｔＮＨ４　，Ｎ　ｒｅｍｏｖａｌ　ｅｆｆｅｃｔ　ｉｓ　ｇｏｏｄ；ｔｈｅ　ａｖ—　ｅｒａｇｅ　ｒｅｍｏｖａｌ　ｒａｔｅ　ｉｓ　８６．１％．Ｉｎ　ｔｈｅ　ａｅｒｏｂｉｃ　ｓｔａｇｅ，ｗｈｅｎ　ｔｈｅ　ｈｅｉｇｈｔ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｐａｃｋｉｎｇ　ｌａｙｅｒ　ｉｓ　ｓｅｔ　ｔｏ　１．３ｍ，　ｈｅ　ａｍｍｏｎｉｔａ　ｎｉｒｔｏｇｅｎ　ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｅｆｆｌｕｅｎｔ　ｉｓ　ｌｏｗｅｒ　ｔｈａｎ　２ｍｇ／Ｌ，ａｎｄ　ｔｈｅ　ｒｅｍｏｖａｌ　ｅｆｆｅｃｔ　ｏｆ　ａｍ－　ｍｏｎｉａ　ｎｉｔｒｏｇｅｎ　ｉｓ　ｆａｒ　ｂｅｙｏｎｄ　ｔｈｅ　ｎａｔｉｏｎａｌ　ｓｔａｎｄａｒｄ．　Ｋｅｙ　ｗＯｒｄｓ：ｂｉＯｌＯｇｉｃａｌ　ａｅｒａｔｅｄ　ｉｆｌｔｅｒ；ｐｒｅ—ｄｅｎｉｒｔｉｉｃａｔｆｉｏｎ　ｐｒｏｃｅｓｓ；ｒｅｍｏｖａｌ　ｅｆｉｃｉｆｅｎｃｙ　ｏｆ　ａｍｍｏｎｉａ　ｎｉ・　ｒｏｇｅｎ　ｔ曝气生物滤池简称ＢＡＦ，是采用生物膜法处理　比对前置反硝化生物滤池的影响，确定回流比为２：１　污水的新工艺，它具有占地面积小，出水水质高等优　时前置反硝化ＢＡＦ对氨氮的去除效果最佳，但有关　点ｎ　，目前广泛应用在污水处理领域。前置反硝化　前置反硝化ＢＡＦ工艺对氨氮的去除效果影响因素研　ＢＡＦ工艺是将传统的Ａ／Ｏ工艺与曝气生物滤池工艺　究还有待进一步完善。　相结合口　，对污水中的有机物去除率高，同时能够很　在此基础上，本文研究了不同控制参数对前置　好地进行生物脱氮。氨氮是污水处理最主要的目标　反硝化ＢＡＦ去除氨氮效果的影响。试验在回流比为　去除指标之一［３　，目前国内外学者对曝气生物滤池的　２：１、气水比（３—４）：１、水力负荷０．９３　ｍ　／（ｍ。・ｈ）、流　去除氨氮的效果进行了大量研究［４－１３］，得出曝气生物　量ｌ６．５　Ｌ／Ｉｌ时，以水温、原水ＣＯＤ负荷、填料高度、原　滤池对氨氮的去除效果较好，杨威等ｕ　研究了回流　水氨氮浓度为基本控制参数，对曝气生物滤池前置　收稿日期：２０１６—１１－２０　作者简介：陆艳侠（１９８２一），女，安徽宿州市人，六安职业技术学院城市建设学院讲师，硕士，研究方向为水处理工程。　咸阳师范学院学报　第３２卷　表１试验运行参数　反硝化工艺去除氨氮的工艺性能进行研究，得出前　置反硝化曝气生物滤池工艺处理城市生活污水中氨　项目　取值　氮的研究结论，为实际工程提供可靠的设计参数。　１试验部分　１．１试验流程　反冲洗出水卜　回流进水＋一　图１曝气生物滤池前置反硝化工艺流程图　试验采用上向流ＢＡＦ，空气和水顺流向上，有　利于气、水较快的混合，避免了汽水逆向流时水流　速度和气流速度相对抵消而造成能量的消耗，降低　了堵塞的概率。两个ＢＡＦ填料均为陶粒。Ｉ＃ＢＡＦ　内主要发生厌氧反硝化作用，２＃ＢＡＦ主要发生好氧　硝化作用。　１－２试验装置　Ｉ＃ＢＡＦ和２＃ＢＡＦ均采用透明有机玻璃柱加工而　成，柱内径为１５０　ｏｔｎｉ，Ｉ＃ＢＡＦ总高度２．９　ｍ，２｛ｆｉ｝ＢＡＦ总　高度２＿３　ｍ，底部是汽水混合室，高度０．３　ｍ。两段　ＢＡＦ填料高度均为１－３　ｍ。试验所用填料为球形轻　质多孑Ｌ生物陶粒，该填料是添加特制的发泡造孔剂，　主要原料为粉煤灰，经高温烧结而成，具有表面粗　糙、比表面积大、孔隙率高、外表坚硬的特点。该陶　粒作为实现吸气生物滤池污水处理新工艺技术的填　料，主要化学成分为ＳｉＯ：、Ａ１０　、Ｆｅ　Ｏ　、ＣａＯ、ＭｇＯ，不　含对人有害的物质。　１．３试验用水　本试验用水来自宾馆化粪池污水，其原水氨氮　浓度９．９３～５６．９１　ｍｇ／Ｌ。　１．４试验运行方案　本试验研究在不同运行条件下，系统对氨氮的　去除效果。试验工况见表ｌ所示。　水温　１７～３Ｏ。Ｃ　回流比　２：ｌ　气水比　（３～４）：ｌ　水力负荷　ｏ．９３　ｍ　／（ｍ。・ｈ）　流量　ｌ６．５Ｌ／ｌｌ　ＣＯＤ负荷　３．９５—８．１７　ｋｇ／（ｍ　・ｄ）　１．５检测项目、分析方法　表２检测项目及分析方法　水质指标　分析方法　水温　水温计法　氨氮　纳氏试剂比色法　溶解氧　电化学探头法　ｐＨ值　便携式ｐＨ法　２前置反硝化工艺对氨氦的处理效果及分析　２．１不同填料高度对氨氮的去除效果　为了使填料层充分发挥作用，试验考察了沿填　料高度前置反硝化ＢＡＦ对氨氮的去除效果，旨在为　填料层高度的选择提供依据，节约工程造价。由于　系统对氨氮的去除主要发生在好氧柱（２＃ＢＡＦ）内，　故本试验主要研究系统在好氧段（２≠｝ＢＡＦ）沿填料高　度对氨氮的去除效果。　试验条件为回流比２：１、水温２７．５～３０℃、气水　比（３～４）：１、滤速２．８０　ｍ／ｈ时，填料高度选取了有代　表性的高度，分别是０　ｍ、０．２５　ｍ、Ｏ．５　ｍ、Ｏ．７５　ｍ、ｌ　ｒｎ　和１－３　ｍ。试验结果如图２所示。　ｌ８　ｌ６　１４　—　１２　一　１ｏ　鑫８　６　臻４　２　０　Ｏ　０．２５　０．５　Ｏ．７５　１　１．２５　１．５　填料高度／ｍ　图２沿填料高度系统（好氧段）对氨氮的去除效果　由图２可以看出，出水氨氮浓度随着填料高度的　升高而不断降低，在填料高度为０．５　ｍ以后，氨氮的浓　度下降更快，说明氨氮的硝化反应主要集中在０．５　ｍ　以上填料层，在填料高度为１　ｍ处，出水氨氮浓度低　第２期　陆艳侠：前置反硝化ＢＡＦ对氨氮的去除效果研究　・７３・　于３　ｍｇ／Ｌ，氨氮的去除满足《城镇污水处理厂污染物　ｏ／ｏ／　排放标准》（ＧＢ１８９１８．２００２）一级排放标准。在填料　∞　舳加∞∞∞如加ｍ　Ｏ　高度为１．３　ｍ处，出水氨氮浓度低于２　ｍｇ／Ｌ，远远超　过国家标准要求。由此得出填料高度设置为１．３　ｉｌ，　满足对氨氮的去除要求。　２．２原水氨氮浓度对氨氮的去除效果　试验条件为回流比２：１、水温２７．５—３０　ＤＣ、气水　比（３～４）：１、水力负荷０．９３　ｍ　／（ｍ　・ｈ）、流量１６．５　Ｌ／ｌｌ　时。考察了原水氨氮浓度在９．９３—５６．９１　ｍｇ／Ｌ变化　时，系统对氨氮的去除效果。试验结果如图３所示。　氨氮浓度／（ｍｇ・Ｌ）　图３不同氨氮浓度时系统对氨氮的去除效果　图３为不同原水氨氮浓度时氨氮去除效果，横坐　标为原水氨氮浓度，纵坐标为系统对氨氮的去除　率。由图可以看出，氨氮出水浓度随氨氮原水浓度　的升高而不断升高。从图中可以看出，原水氨氮浓　度在９～３３　ｍｇ／Ｌ时，氨氮的平均去除率在８９．５％，最　高可达９７．９９％；原水氨氮浓度继续升高，氨氮去除率　随之开始下降。从图中可以看出，原水氨氮浓度为　３２．４１　ｍｇ／Ｌ时为临界点，原水氨氮浓度低于此临界　浓度时，系统对氨氮的去除率比较好，原水浓度在此　范围内变化时，对氨氮的去除效果影响很小，原水氨　氮浓度高于３２．４１　ｍｇ／Ｌ时，系统对氨氮的去除率大　幅降低。　２．３不同水温对氨氮的去除效果　试验条件为回流比２：１、水温２７．５—３Ｏ。Ｃ、气水　比（３～４）：１、水力负荷０．９３　ｍＶ（ｍ　．ｈ）、流量ｌ６．５　Ｌ／ｈ　时；考察了水温在１７～２６。Ｃ变化时，系统对氨氮的去　除效果。试验结果如图４所示。　由图４可以看出，水温在１７—２６。Ｃ的范围内变　化时，系统对氨氮的去除率有很大的变化。当水温　在１７～２１　０Ｃ的范围内变化时，氨氮出水浓度很高，　去除率在７０％以下；当水温在２１．５～２６。Ｃ范围内变　氨氮浓度／（ｍｇ・Ｌ）　图４不同水温对氨氮的去除效果　化时，氨氮的去除效果比较好，去除率在７８％以上，　平均去除率在８７．８４％，最高可达９２．８４％。因此水温　２１．５　０Ｃ可看作临界水温，水温高于临界水温时，水温　对氨氮的去除效果没多大影响；水温低于临界水温　时可采用热空气进行曝气。　２．４不同ＣＯＤ负荷对氨氮的去除效果　∞　∞　∞如∞如加加０　试验条件为回流比２：１、水温２７．５—３０　０Ｃ、气水　比（３—４）：１、水力负荷０．９３　ｍ　／（ｍ　．ｈ）、流量ｌ６．５　Ｌ／ｈ　时；考察了ＣＯＤ负荷在３．９５～８．１７　ｋｇ／（ｍ　・ｄ）变化　时，系统对氨氮的去除效果。试验结果如图５所示。　鬟　ＣＯＤ负荷／（ｋｇ・ｍ－３．ｄ－　）　图５不同ＣＯＤ负荷时氦氮的去除效果　前置反硝化曝气生物滤池的硝化作用主要发生　在２＃ＢＡＦ，即好氧段，文章主要分析了好氧段中不同　ＣＯＤ负荷条件下系统对氨氮的去除效果。由图５可　以看出，随着ＣＯＤ负荷的不断增加，系统对氨氮的去　除率随之降低。当ＣＯＤ负荷在３．９５～５．４５　ｋｇ／（ｍ　・ｄ）　范围内变化时，系统对氨氮的去除效果比较好，去除　率在７７—９３％之间，平均去除率在８７％，最高可达　９２．８４％。当ＣＯＤ负荷在５．５６—８．１７　ｋｇ／（ｍ　・ｄ）范围　内变化时，氨氮去除效果很差。可以看出，ＣＯＤ负荷　・７４・　３　３　３　３　３　２　２　２　２　２　ｌ　ｌ　ｌ　９　７　５　３　１　９　７　５　３　ｌ　９　７　５　一　１．∞ｇ一、　＊丑　咸阳师范学院学报　第３２卷　为５．４５　ｋｇ／（ｍ　・ｄ）时，氨氮去除效果相差明显，可以　（４）本试验的理想工况为回流比２：１、水温２５—　Ｃ、ＣＯＤ负荷３．９５—５．４５　ｋＮ（ｍ３．ｄ），在此条件下，　认为５．４５是一个临界点，系统应在ＣＯＤ负荷低于　２６。前置反硝化工艺对氨氮平均去除率为８６．１％，出水氨　５．４５　ｋｇ／（ｍ　－ｄ）时运行。　２．５前置反硝化工艺对氨氮的去除效果　氮浓度低于４　ｍｇ／Ｌ，达到《城镇污水处理厂污染物排　取理想工况，在回流比为２：１，水温２５～２６。Ｃ，　放标准））（ＧＢ１８９１８．２００２）一级排放标准。　ＣＯＤ负荷在３．９５～５．４５　ｋＷ（ｍ　・ｄ）时，检测了系统对　　氨氮去除效果。图６为系统对氨氮的处理效果。由　参考文献：】郑俊，吴浩汀．曝气生物滤池工艺的理论与工程应用【Ｍ】．北　图可见，前置反硝化工艺对氨氮的去除效果好，平均　［１去除率为８６．１％，出水氨氮浓度低于４　ｍｇ／Ｌ，达到《城　京：化学工业出版社，２００５：１９７－２３１．　镇污水处理厂污染物排放标准》（ＧＢ１８９１８－２００２）一　级排放标准。　检测次序　图６系统对氨氮去除效果　３结论　（１）前置反硝化ＢＡＦ在好氧柱填料层高度设置　为１．３　ｍ，出水氨氮浓度低于２　ｍｇ／Ｌ，系统对氨氮的　去除效果远远超过国家标准要求。　（２）水温对氨氮的去除效果影响相对较大，环境　水温高于２１．５。Ｃ，系统对氨氮去除效果好，平均去除　率在８７％以上。水温低于２１．５　０Ｃ时，应对工艺进行　运行改进，可采用热空气进行曝气。　（３）在本试验条件下，为了使出水氨氮达到《城　镇污水处理厂污染物排放标准》（ＧＢ１８９１８－２００２）一　级排放标准，前置反硝化曝气生物滤池工艺的原水　氨氮浓度应小于３２．４１　ｍｇｍ、ＣＯＤ负荷应低于５．４５　ｋｇ／（ｍ　・ｄ）。　『２】张欣，昊浩汀，谢凯娜．前置反硝化ＢＡＦ工艺处理生活污水　的脱氮试验研究『Ｊ１．安全与环境工程，２００８，１５（１）：５８－６１．　『３１崔福义，张兵，唐利．曝气生物滤池技术研究与应用进展　ｒＪ１．环境污染治理技术与设备，２００５（１０）：４—１０．　４］ＰＵＪ０Ｌ　Ｒ．Ｐｒｏｃｅｓｓ　ｉｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔｓ　ｆｏｒ　ｕｐｆｌｏｗ　ｓｕｂｍｅｒｇｅｄ　ｂｉｏ—　ｉｆｌｔｅｒｓ［Ｊ］．１ｗａ　Ｐｕｂｌｉｓｈｉｎｇ，２０１０，３２（１）：２５—２９．　［５］ＦＤＺ．ＰＯＬＡＮＣＯ　Ｆ＇ＭＥＮＤＥＺ　Ｅ，ＵＲＵＥＮＡ　Ｍ　Ａ，ｅｔ　ａ１．Ｓｐａ　ｔｉａｌ　ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ　ｏｆ　ｈｅｔｅｒｏｔｒｏｐｈｓ　ａｎｄ　ｎｉｔｒｉｅｒｓ　ｉｎ　ａ　ｓｕｂｍｅｒｇｅｄ　ｂｉｏｆｉｌｔｅｒ　ｆｏｒ　ｎｉｔｒｉｉｆｃａｔｉｏｎ［Ｊ］．Ｗａｔｅｒ　Ｒｅｓｅａｒｃｈ，２０００，３４（１６）：　４０８１－４０８９．　［６】张彪，石晓东．曝气生物滤地在污水回用中去除氨氮的试验　研究ｆＪ１．给水排水，２００９（Ｓ２）：１２３—１２６．　［７】陆少鸣，黄念禹，杨立，等．叠式曝气生物滤池预处理高氨　氮原水［Ｊ】．中国给水排水，２００９（２０）：４９—５４．　［８】秦四海，高武龙，林德贤．曝气生物滤池去除受污染饮用水　源水中的氨氮ｆＪ１．广东化工，２００８（１１）：９５—９８．　ｆ９］唐玉兰，和娟娟，武卫斌，等．曝气生物滤池同步除铁锰和　氨氮［Ｊ］．化工学报，２０１１（３）：７９２—７９６．　ｆ１０］张敏，黎云祥．曝气生物滤池工艺去除氨氮影响因素分析　『Ｊ１．甘肃科技，２０１１（６）：７３—７５．　［１１】孙芳，孙卫玲．曝气生物滤池处理高氨氮含铍废水研究［Ｊ］．　环境科学与技术，２０１２（４）：１５３一ｌ５７．　［１２］Ｙ－劫，宫艳萍，白莹，等．ＢＡＦ去除氨氮关键影响因素研究　［Ｊ］．环境科学与技术，２０１２（５）：１４７—１５１．　［１３］李芳，陆少呜，李晓梅．气水比对高速曝气生物滤池预处理　高氨氮原水的影响［Ｊ］．水处理技术，２０１３（１ｏ）：ｌＯＯ一１０３．　『１４］杨威，张雷坤，余华荣，等．回流比对前置反硝化生物滤池　的影响［Ｊ】．哈尔滨商业大学学报（自然科学版），２０１４（２）：　ｌ９０－】９３．