深度處理農村生活污水的核桃殼填料BAF與活性炭BAF對比試驗研究

代學民 盧 穎 南國英 任淑萍

(河北建筑工程學院，河北 張家口 075000)

1 引 言

隨著經濟社會的迅速發展，生活污水的產生量與日俱增，將生活污水進行回用成為解決水資源短缺的一個重要方法.曝氣生物濾池(BAF)在對生活污水進行深度處理時具有生物濃度高、菌群結構合理、耐沖擊能力強、受氣溫影響小、運行操作簡單等優點.活性炭BAF是常見的處理生活污水的曝氣生物濾池工藝，將核桃殼BAF與活性炭BAF在相同的進水條件和運行參數下，測定反應器出水氨氮和CODCr，分析比較兩種不同填料的BAF對試驗原水的去除效果，并依據反沖洗過程進行耗能對比，以期為核桃殼填料BAF在實際應用上提供理論支持.

圖1 試驗裝置設計圖

2 試 驗

2.1 試驗裝置

本試驗用核桃殼和活性炭作為兩級好氧曝氣生物濾池填料，其處理對象為農村生活污水經二級處理后的出水.試驗裝置如圖1所示，本試驗裝置由砂濾池和兩個內徑為80 mm的兩級好氧曝氣生物濾池反應器串聯而成.砂濾池尺寸為50 cm×70 cm×50 cm，填料層高度為70 cm，自填料層底部開始每隔10 cm設一個取樣口，對于二級反應器，其填料層底部的高度從0 cm起，以此類推.曝氣器為細孔柱狀砂芯曝氣頭，置于進水區底部.法蘭盤上分布5 mm直徑的小孔，以保證布水布氣均勻.

反應器進水采用上向流的形式，農村生活污水經二級處理后的出水，經過砂濾池過濾后，從一級反應器進水區側邊的進水管進入，自下而上依次穿過承托層、填料層、出水沉淀區.一級反應器的出水經管道連接流至二級反應器底部，再次處理后由二級反應器的頂部排出.反沖洗時采用氣水聯合同向反沖洗，反沖洗水由圖1上所示反沖洗出水口排出.

2.2 試驗填料

核桃殼填料采用2.00～2.50 mm粒徑的核桃殼，活性炭填料采用柱狀活性炭，長3 mm，粒徑為1.5 mm.

2.3 試驗原水

本試驗原水為農村生活污水經二級處理后的出水，其水質指標如下表1所示.

表1 實驗原水水質指標

2.4 水質指標的測定

水質指標的測定方法及主要儀器如表2所示.

表2 水質指標測定方法

3 結果與討論

3.1 穩定運行處理效果對比

核桃殼填料BAF和活性炭BAF的運行參數均采用進水水力負荷為0.65 m3/(m2·h)，一、二級反應器的氣水比分別為6∶1和1∶1，填料層高度均為50 cm.試驗進水氨氮和CODCr平均值分別為7.72 mg/L和55.29 mg/L.選取兩種BAF穩定15 d的數據進行對比分析，如圖1到4，核桃殼填料BAF和活性炭BAF對氨氮、CODCr的處理效果所示.

在相同的運行條件下，核桃殼填料BAF一、二級反應器對氨氮的平均去除率分別為78.61%和97.12%，最終出水氨氮的平均含量為0.22 mg/L，活性炭BAF一、二級反應器對氨氮的平均去除率分別為84.54%和98.36%，平均出水氨氮值為0.13 mg/L.

圖1 核桃殼填料BAF對氨氮的處理效果

圖2 活性炭BAF對氨氮的處理效果

圖3 核桃殼填料BAF對CODCr的處理效果

圖4 活性炭BAF對CODCr的處理效果

分析試驗結果，核桃殼填料BAF與活性炭BAF的一級反應器對氨氮的去除效果略有差異，二級反應器出水中氨氮的去除效果接近，原因可能是活性炭BAF中進入到二級反應器的進水氨氮值要低于核桃殼填料BAF，氨氮值低影響了活性炭BAF中硝化細菌對氨氮的降解活性，故最終出水效果兩種BAF去除效果接近.核桃殼填料BAF一、二級反應器對CODCr的平均去除率分別為61.89%和82.59%，最終出水CODCr的平均含量為9.65 mg/L，活性炭BAF一、二級反應器對CODCr的平均去除率分別為73.48%和86.32%，平均出水CODCr值為7.54 mg/L.同氨氮的去除效果相近，最終出水中CODCr的去除效果接近，核桃殼填料BAF與活性炭BAF對CODCr的去除都主要發生在一級反應器內，一級反應器內的氧量充足，為好氧異養菌的生存提供了優勢.

3.2 經濟比較

我國核桃產量巨大，是傳統的核桃出口國家，隨著產業化水平的提升，核桃的產量也在逐年上升.核桃殼作為核桃的副產品之一，我國每年產生的廢棄核桃殼一般都作為垃圾處理，能進行處理、回收資源化利用的量極少.雖然活性炭作為BAF填料時處理效果較好，但是采用活性炭填料會提高深度處理成本.根據市場價格比較，活性炭柱狀填料大約為5元/kg，但核桃殼填料的價格約為2.5元/kg，從購買成本上核桃殼具有優勢.

BAF穩定運行維護過程中，反沖洗過程是恢復反應器效能，防止反應器因填料吸附和生物老化脫落造成堵塞，反沖洗耗能也是比較兩種BAF經濟性的重要方式之一.在兩種BAF運行過程中發現，核桃殼填料BAF的水頭損失達到15 cm需要13 d，但活性炭BAF的水頭損失達到相同數值僅需8d，可以看出活性炭BAF中填料的堵塞時間短，需要進行反沖洗的次數較核桃殼填料BAF的多，參考活性炭BAF的反沖洗過程，綜合可知，活性炭BAF的水沖強度為3-5 L/(m2·s)，氣沖強度為8～10 L/(m2·s)，沖洗時間為10～15 min，根據沖洗天數的倍數關系可知，全部取文獻中反沖洗過程參數的最小值，計算比較可得在相同運行天數時核桃殼填料BAF反沖洗耗水量是活性炭BAF的近兩倍，但耗氣量是0.77倍，即每天耗水量多0.012 L，耗氣量節省0.007 L.

3.3 環境效益比較

與活性炭填料相比較，將核桃殼填料用于深度處理農村生活污水，既能實現廢棄物資源化，又能利用現有的綠色資源，降低廢水處理成本，進一步拓寬填料的選擇和應用范圍.從環境效益方面分析，核桃殼填料的開發與利用，微觀上對核桃產業來說，提升了回收核桃產業副產品以及銷售綠色填料的收入，增加了廢棄物循環利用帶來的產業效益；宏觀上減少核桃殼產地固體廢物的處理，節約國家能源.

4 結 論

(1)核桃殼填料BAF與活性炭BAF相對比，試驗原水中氨氮和CODCr的處理效能雖在一級反應器的出水上處理效果較差，但是在二級反應器中的去除率接近，最終出水中差距極小，氨氮含量僅高0.09 mg/L，CODCr含量僅高2.11 mg/L.

(2)從填料成本比較，此核桃殼填料制備簡單，成本低于活性炭.在反沖洗耗能比較中，發現活性炭BAF更容易堵塞，核桃殼填料BAF在反洗過程中耗氣量較活性炭BAF少，但耗水量大，在運行維護上核桃殼填料BAF成本降低.

(3)環境效益方面，核桃殼作為綠色填料，增加廢棄物循環利用效益，減緩環境處置壓力.