水解酸化
—改性貽貝殼填料曝氣生物濾池處理生活污水研究

孫會玲， 劉 梅， 林夢曉， 劉作康， 孫靜亞

( 浙江海洋學(xué)院海洋科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，舟山浙江 316000)

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水解酸化
—改性貽貝殼填料曝氣生物濾池處理生活污水研究

孫會玲， 劉 梅， 林夢曉， 劉作康， 孫靜亞*

( 浙江海洋學(xué)院海洋科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，舟山浙江 316000)

摘要[目的]研究水解酸化—改性貽貝殼填料曝氣生物濾池(BAF)處理生活污水的效果。[方法]在不同磷含量條件下，分別以未改性貽貝殼及3種不同濃度檸檬酸改性貽貝殼為填料的曝氣生物濾池與水解酸化池組合對生活污水中COD、氨氮(NH3-N)和總磷(TP)進(jìn)行去除，并對4種貽貝殼BAF的去除效果進(jìn)行比較。[結(jié)果]當(dāng)磷含量為14.03～14.73 mg/L時， 1.0%檸檬酸改性貽貝殼為填料BAF對COD的去除效果最好，去除率最高可達(dá)90.11%；在2種不同磷濃度的條件下，4種貽貝殼BAF對NH3-N均有很好的去除效果；當(dāng)磷含量為2.26～2.61 mg/L時，1.0%檸檬酸改性貽貝殼為填料BAF對TP的去除效果最好，去除率最高可達(dá)91.89%。磷含量的提高可以在一定程度上促進(jìn)COD和NH3-N的去除，但TP的去除效率降低。[結(jié)論]4種貽貝殼填料BAF中，1.0%檸檬酸改性貽貝殼填料BAF對生活污水中COD、NH3-N和TP去除效果最好。

關(guān)鍵詞曝氣生物濾池 (BAF)；改性貽貝殼；生活污水；COD；NH3-N；TP

曝氣生物濾池(Biological aerated filter,BAF)是以填料為生物膜載體，通過生物降解、吸附等功能處理污水的新型技術(shù)[1]。填料不僅決定了BAF工藝初期建設(shè)和成本，而且還是影響B(tài)AF處理效果的關(guān)鍵因素[2-3]。熊小京等[4]通過靜態(tài)試驗發(fā)現(xiàn)，貝殼在酸性條件下，可通過化學(xué)作用將水中的磷除去。余俊潔[5]將貝殼作為水解酸化單元的填料，通過產(chǎn)酸作用將貝殼中鈣離子溶出，達(dá)到去除污水中磷的目的。貽貝殼最外層為硬化蛋白組成的角質(zhì)層[6]，為了使貽貝殼更易溶出鈣離子，筆者用不同濃度的檸檬酸對貽貝殼表面進(jìn)行改性，以期得到良好的去磷效果。水解酸化作為預(yù)處理工藝，與其他工藝組合可以降低處理成本，提高處理效率[7]。現(xiàn)已有很多關(guān)于該方面的研究，如用水解酸化與懸浮濾料BAF一體化裝置處理生活污水[8]、用水解酸化集成 D-A2O 處理校園生活污水[9]以及用水解酸化與生物接觸氧化工藝處理城鎮(zhèn)生活污水[10]，均獲得了良好的處理效果。目前，有關(guān)應(yīng)用改性貽貝殼作曝氣生物濾池填料處理生活污水的研究鮮有報道。鑒于此，筆者分別以未改性貽貝殼及3種不同濃度檸檬酸改性貽貝殼為填料的曝氣生物濾池與水解酸化池組合對生活污水中COD、氨氮(NH3-N)和總磷(TP)進(jìn)行去除效果研究，以期為科學(xué)治理水污染提供一定的科學(xué)依據(jù)。

1材料與方法

1.1試驗材料貽貝殼由浙江省舟山市嵊泗縣貽貝養(yǎng)殖基地提供。選擇大小相當(dāng)?shù)馁O貝殼分別用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.5%、1.0%和2.0%的檸檬酸浸泡24 h，進(jìn)行改性。改性后的貽貝殼用清水沖洗干凈后，用純水沖洗3次，置55 ℃的烘箱中烘干。

1.2主要試驗裝置試驗裝置由直徑為15 cm，高為18 cm的塑料瓶(曝氣生物濾池)、蠕動泵、曝氣裝置、進(jìn)水池和水解酸化池組成。試驗流程如圖1所示。

曝氣生物濾池的填料分別為未改性貽貝殼、0.5%檸檬酸改性貽貝殼、1.0%檸檬酸改性貽貝殼和2.0%檸檬酸改性貽貝殼,相應(yīng)的水解酸化—曝氣生物濾池分別記作1#、2#、3#、4#。

圖1　試驗流程Fig.1　 Flow chart of experiment process

1.3試驗方法進(jìn)水水質(zhì)參數(shù)如表1所示。試驗用水從進(jìn)水箱進(jìn)入到濾池底部，氣水自下而上同向，處理后的水從頂端流出。反應(yīng)器啟動時加一定量的活性污泥作泥種，當(dāng)污泥沉降比(SV)達(dá)到30%時，加入貽貝殼。試驗水力停留時間(Hydraulic retention time,HRT)為8 h，曝氣量為0.2～0.4 L/min，取樣周期為48 h。取樣點分別為進(jìn)水、水解酸化池出水以及BAF出水。水樣測試前經(jīng)過濾放入樣品瓶中，不能及時測試的樣品放入冰箱(4 ℃)中保存，36 h內(nèi)完成測定。試驗水質(zhì)指標(biāo)COD、NH3-N、TP檢測均按照國家標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行。

表1　試驗進(jìn)水水質(zhì)

2結(jié)果與分析

2.14種貽貝殼BAF對COD的處理效果

2.1.1對COD的平均去除率。由圖2可知，當(dāng)磷含量為2.26～2.61 mg/L時，COD平均去除率為77.82%～83.18%，4個系統(tǒng)中4#對COD的去除效果較好；當(dāng)磷含量為14.03～14.73 mg/L時，COD平均去除率為80.67%～85.37%。除4#對COD的去除效果稍有降低，其他3個系統(tǒng)對COD的去除效果均有不同程度改善，其中3#去除效果最為明顯。可見提高磷含量在一定程度上可以提高BAF對COD的去除效果。

2.1.2對COD去除具體情況。由圖3可知，當(dāng)磷含量為14.03～14.73 mg/L時，1.0%改性貽貝殼BAF對COD的去除效果最好，去除率最高可達(dá)90.11%。4種貽貝殼填料BAF中，提高磷含量，3# 出水中COD值明顯降低，其余3種貽貝殼BAF出水COD值沒有明顯改變。磷含量的提高使得部分COD的去除發(fā)生在水解酸化池中，因為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機(jī)物。

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

圖3　不同磷含量下4種貽貝殼BAF對COD的去除效果Fig.3　The effect of COD removal in 4 mussel shells under different phosphorus concentration

2.24種貽貝殼BAF對NH3-N的處理效果

2.2.1對NH3-N的平均去除率。由圖4可知，當(dāng)磷含量為2.26～2.61 mg/L時，NH3-N平均去除率為92.30%～93.82%；當(dāng)磷含量為14.03～14.73 mg/L時，NH3-N平均去除率為90.12%～96.16%。可見，在該試驗條件下，4種貽貝殼BAF對NH3-N均有很好的去除效果。提高磷含量，1#和2#處理NH3-N效果略有下降，3#幾乎沒有影響，4#處理NH3-N效果有所提升，造成這一結(jié)果的主要原因是隨著檸檬酸濃度的提高，貽貝殼表面改性后粗糙度增加，使其表面更有利于微生物的附著，提高了脫氮的效果。

2.2.2對NH3-N去除具體情況。由圖5可知，在2種磷含量的情況下，4種貽貝殼BAF的進(jìn)水池和水解酸化池中NH3-N含量變化均很大，出水中NH3-N含量均在2.95 mg/L以下，達(dá)到了《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB 18918—2002)的一級A標(biāo)準(zhǔn)。24 h后，去除率有明顯的下降，但出水中NH3-N含量并沒有明顯升高，這是由于進(jìn)水中NH3-N含量下降所導(dǎo)致的。在磷含量為14.03～14.73 mg/L時，4#表現(xiàn)出了穩(wěn)定的去除效果。

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

2.34種貽貝殼BAF對TP的處理效果

圖5　不同磷含量下4種貽貝殼BAF對NH3-N的去除效果Fig.5　The effect of NH3-N removal in 4 mussel shells under different phosphorus concentration

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

2.3.1對TP的平均去除率。當(dāng)磷含量為2.26～2.61 mg/L時，TP的平均去除率為85.94%～90.65%；當(dāng)磷含量為14.03～14.73 mg/L時，TP的平均去除率為12.67%～16.70%。在磷含量為2.26～2.61 mg/L的條件下4種貽貝殼BAF對TP的平均去除率均達(dá)到了85.94%以上，對TP的去除效果較穩(wěn)定且優(yōu)于部分其他填料BAF[11-12]；在磷含量為14.03～14.73 mg/L的條件下，TP的平均去除率明顯下降，可見，4種貽貝殼BAF對磷含量較高的生活污水處理效果一般，并沒有因為填料可以釋放Ca2+而得到改善，TP去除率與余俊潔[5]的研究中在進(jìn)水TP含量為15.5 mg/L時的去除率相當(dāng)。

圖7　不同磷含量下4種貽貝殼BAF對TP的去除效果Fig.7　The effect of TP removal in 4 mussel shells under different phosphorus concentration

2.3.2對TP的去除具體情況。由圖7可知，在磷含量為2.26～2.61 mg/L時，進(jìn)水池、水解酸化池和出水池中的磷含量均很穩(wěn)定，可能是由于此時的磷濃度可以很好地維持水解酸化池和BAF中可去除磷的菌群。此時，3#對TP的去除效果最好，去除率最高可達(dá)91.89%，出水中磷含量為0.21～0.39 mg/L，達(dá)到了《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB 18918—2002)的一級A標(biāo)準(zhǔn)。當(dāng)磷含量為14.03～14.73 mg/L時，隨著磷濃度增大，水解酸化池中微生物活性增大，水解酸化池對TP的去除效果明顯，但對于BAF生物膜，由于其自身對TP的去除能力有限并達(dá)到飽和，導(dǎo)致對TP的去除效率下降，這也與曝氣生物濾池工藝自身的缺點有關(guān)。

3結(jié)論

(1)在2種不同磷濃度的條件下，4種貽貝殼BAF對COD的去除效果均較好，去除率最高可達(dá)90.11%。磷含量的提高可以在一定程度上改善其對COD的去除。

(2)在2種不同磷濃度的條件下，4種貽貝殼BAF對NH3-N均有很好的去除效果。磷含量的改變對4種貽貝殼BAF去除NH3-N沒有明顯影響。

(3)4種貽貝殼BAF對磷含量較低的生活污水有較好的磷去除效果，去除率最高可達(dá)91.89%，出水中磷含量均低于0.40 mg/L；對磷含量較高的生活污水除磷效果一般。

(4)綜合比較4種貽貝殼BAF與水解酸化池組合處理系統(tǒng)，以1.0%檸檬酸改性貽貝殼為填料的BAF處理生活污水效果最好。

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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

基金項目浙江省自然科學(xué)基金(LY14D060003)；海洋公益性行業(yè)科研專項經(jīng)費項目(201305012-2);浙江省大學(xué)生科技創(chuàng)新活動計劃暨新苗人才計劃項目(2015R411001)。

作者簡介孫會玲(1989- )，女，河北承德人，碩士研究生，研究方向：功能材料的改性與水污染控制技術(shù)。*通訊作者，教授，從事功能材料的改性和水污染控制技術(shù)研究。

收稿日期2016-03-23

中圖分類號S 181;X 703.1

文獻(xiàn)標(biāo)識碼A

文章編號0517-6611(2016)10-060-04