木炭曝氣生物濾池的特性及效能研究.pdf

1、開發(fā)高效低耗、投資省的先進的污水處理工藝技術(shù)，對防治水污染，緩解水危機具有重要的現(xiàn)實意義，是水處理永恒的主題。隨著新型材料的開發(fā)和配套技術(shù)的不斷完善，與活性污泥法同時出現(xiàn)的生物膜法工藝得到快速發(fā)展。作為生物膜法典型工藝的曝氣生物濾池在污水的有機物去除、固液分離、硝化脫氮等方面有著良好的功效，應(yīng)用范圍不斷擴大，由最初用于城市污水的高級處理，擴展到用作城市污水的二級處理、工業(yè)廢水的處理、以及給水處理工藝中的預(yù)處理。 曝氣生物濾池的填

2、料開發(fā)是其工藝發(fā)展的核心。目前應(yīng)用較廣泛的輕質(zhì)陶粒填料克服了傳統(tǒng)填料的諸多缺陷，但開發(fā)新的填料仍然是生物濾池處理技術(shù)廣泛應(yīng)用的一個重要方面，通過采用新型吸附型填料，可以大大強化曝氣生物濾池對氮、磷和某些微量污染物的去除能力，從而在污水的高級處理和給水處理中發(fā)揮更大的作用。具有發(fā)達孔隙結(jié)構(gòu)、巨大的比表面積和優(yōu)良的吸附性能的活性炭，在水處理領(lǐng)域是最受青睞的一種填料，但活性炭價格高，限制了其更大范圍的應(yīng)用。研究替代活性炭的廉價材料仍然是目前的

3、熱點。相比之下，木炭價格較低，近年來受到人們的很大關(guān)注。本研究的協(xié)作單位在引進國外技術(shù)的基礎(chǔ)上，開發(fā)了改性木炭污水處理及深度凈化技術(shù)，這種技術(shù)在生活污水處理、湖泊水體修復(fù)、河流水生態(tài)環(huán)境保護等領(lǐng)域應(yīng)用效果良好，處理出水水質(zhì)可達到GB 3838–2002《地表水環(huán)境質(zhì)量標準》IV類標準。但該技術(shù)結(jié)構(gòu)單元多，有待于進一步的優(yōu)化，應(yīng)用于城市污水處理時存在諸多局限性；其除磷脫氮材料進口，費用較高；采用改性木炭對我國的污水水質(zhì)是否必要還有待于進一

4、步研究。 本文結(jié)合曝氣生物濾池和改性木炭技術(shù)的優(yōu)點，將木炭這一輕質(zhì)材料作為曝氣生物濾池的填料，并以改性木炭和陶粒作對比，采用三套動態(tài)小試裝置，研究其處理城市污水的效能和特性，主要研究內(nèi)容為：研究木炭生物濾池工藝的快速穩(wěn)定的啟動方式；探討反應(yīng)器對COD、SS、NH4+–N、TN、TP等的去除規(guī)律及pH值、曝氣強度、負荷、水溫等對去除效果的影響，研究反應(yīng)器的最佳工藝運行參數(shù)；采用掃描電鏡和顯微鏡等微觀手段，研究木炭曝氣生物濾池的填料

5、結(jié)構(gòu)、生物膜結(jié)構(gòu)及生物相構(gòu)成；研究木炭曝氣生物濾池對微量有機物的去除效能；研究木炭生物濾池的底物降解動力學(xué)，探求動力學(xué)參數(shù)，探討木炭脫氮機理。 研究結(jié)果表明，將木炭曝氣生物濾池用于城市污水的處理有效可行，具體表現(xiàn)在以下幾個方面： (1)采用悶曝接種掛膜有助于提高木炭生物濾池初始污染物的去除率，提高溶解氧的濃度有利于縮短生物膜的掛膜時間。在掛膜初始階段，三種填料對氨氮有一定的吸附能力。殼聚糖改性的木炭填料不利于自養(yǎng)型的硝化菌

6、的生長而影響氨氮的去除，木炭的表面性質(zhì)和多孔結(jié)構(gòu)更加有利于硝化菌的生長而使其效果明顯好于陶粒填料。 (2)在水力負荷、溶解氧濃度、氨氮濃度和水溫變化時，木炭濾池的除磷脫氮效果總體上優(yōu)于陶粒濾池。在一定的填料高度下，木炭濾池的最佳水力停留時間為6h?，DO濃度為2～3 mg/L，反沖洗周期為2～3 d。 (3)環(huán)境掃描電鏡和顯微鏡觀察表明，木炭填料濾池的生物相豐富，木炭的空隙結(jié)構(gòu)較陶粒更有利于原生動物、輪蟲、線蟲等動物的生長繁

7、殖。 (4)通過GC–MS檢測，木炭生物濾池對水中殘留的微量有機物去除的效果較好，優(yōu)于陶粒，為木炭生物濾池在污水處理廠尾水深度處理方面提供了依據(jù)。 (5)對木炭曝氣生物濾池的底物去除動力學(xué)進行了研究，提出了基于Monod方程的半經(jīng)驗公式，即㏑(S/Si)=-1.024(T-15)K*A/(QSi)nH，公式考慮溫度及有機負荷對反應(yīng)速率常數(shù)的影響，主要針對COD和NH4+–N的進出水濃度隨反應(yīng)器填料高度的變化情況而確立。公式能