氨氮废水处理曝气生物滤池多孔释碳填料的应用

　曝气生物滤池(BAF)是在普通生物滤池的基础上借鉴给水滤池工艺开发的污水处理新工艺，填料是BAF工艺的核心组成部分。目前研究较多的BAF填料主要有活性炭、沸石等天然硅酸盐矿物质、以粉煤灰和黏土为主要原料烧制的球形轻质多孔生物陶粒以及由多种填料组合而成的复合填料等。我国对BAF填料的研究以陶粒为主，早期的陶粒大多直接烧制、破碎、筛分而成，为片状等不规则形状，具有碳源不足、释碳不稳定等问题，严重影响BAF生物脱氮效果。

　　缓释碳源是近年研发的新型技术，能稳定可持续地释放碳源提供给反硝化过程，提高氮磷去除效果。兰善红等用粉煤灰作为主要原料制备多微孔BAF填料，使得TN的去除率大大提高。闫续等制备的两种包埋淀粉的聚乙*醇(PVA)释碳材料和海藻酸钠(SA)释碳材料，PAV材料单位质量释放的饱和COD达到99.60mg/(g·L)。钟丽燕等以自制新型缓释碳源、海绵铁和活性炭作为反硝化生物滤池的复合填料，获得较高的TN、TP去除率。

　　本研究以沸石、生物质废料(核桃壳)为原料，水泥作为黏合剂制备新型多孔释碳填料，并以此填料搭建BAF反应器，通过一段时间的活性污泥培养驯化后处理氨氮废水。考察了原料配比对填料释碳性能的影响，同时调整BAF的运行参数，以达到*好的脱氮效果。

　　1、材料与方法

　　1.1 试验材料

　　活性污泥为西安某污水处理厂终沉池的回流污泥，倾去上清液，驯化培养;核桃壳购自当地农贸市场，用自来水洗去杂质，去瓤留壳后破碎，分别过4、6mm筛，取粒径4～6mm的部分用去离子水浸泡，除去浮于水中的残余核桃瓤和果皮，重复多次，以确保所得核桃壳形状、尺寸以及密度的均一性，然后在105℃下烘干备用;沸石粉、水泥粉均为商业普通型号。

　　1.2 试验装置

　　本次试验装置主要由玻璃柱(直径9cm，高度110cm)、蠕动泵、曝气装置、进水箱等组成，BAF总容积6L，有效容积5L。试验用水从进水箱通过蠕动泵打入滤池底部，气水均自下而上通入BAF，处理后的废水从顶端流出。试验装置如图1所示。

　　1.3 试验方法

　　1.3.1 填料制备

　　根据试验设计，将沸石、水泥、核桃壳干粉按一定配比搅拌10min，加入一定水使其充分混合，压制成粒径为8mm的小球;将制备的小球在自然条件下养护12d制备成多孔释碳沸石复合填料(WZ填料);随机抽取尺寸均匀球状WZ填料，用AI-7000-NGD型多功能高低温控制试验机测试其能承受的最大抗压强度。

　　1.3.2 WZ填料静态释碳试验

　　称取50gWZ填料置于1L锥形瓶中，加入纯水后密闭。控制温度在(25±1)℃、pH为7.4～7.7，分别在一定时间内取样并测定水样中的COD，建立WZ填料的释碳曲线，考察其释碳性能。

　　1.3.3 BAF的构建及运行启动

　　利用WZ填料装填搭建BAF，连续通入模拟废水，控制曝气量为9L/h、水力停留时间(HRT)为12h、进水量为0.148L/h连续运行14d进行BAF的挂膜，每天定时取样测定BAF中的COD、氨氮质量浓度并计算去除率。为考察WZ填料作为缓释碳源对BAF反硝化脱氮效果的影响，在BAF挂膜成功后，连续通入不加碳源的模拟废水(进水COD质量浓度降为0mg/L)，在HRT为12h，曝气量为9L/h的条件下连续运行14d，定时监测COD及硝态氮浓度，考察WZ填料作为缓释碳源的反硝化脱氮性能。在反硝化运行良好之后，连续通入模拟废水，考察HRT(8、12、24h)、氨氮初始质量浓度(30、40、50mg/L)对COD、氨氮处理效果的影响，得到最佳工艺运行参数。

　　挂膜启动模拟废水水质见表1

　　2、结果与分析

　　2.1 WZ填料配比优化

　　前期实验表明，填料抗压强度低于40N时，运行过程中容易坍塌，造成曝气头堵塞，为保证填料长期稳定运行不破损，需保证其抗压强度大于40N。根据单因素试验结果，核桃壳添加量越大，WZ填料抗压强度越小，当核桃壳∶沸石(质量比)由0.01增致0.03时，制得的WZ填料抗压强度由50N左右迅速下降至不足25N;同时，WZ填料抗压强度随水泥添加量的增大而增大，水泥∶沸石(质量比)由0.2增大到0.4时，制得的WZ填料抗压强度从18N增加到95N。为保证抗压强度的前提下尽量提高核桃壳添加量，设计正交试验，得到WZ填料的最佳材料配比(质量比)为沸石∶核桃壳∶水泥为1.00∶0.02∶0.30，制得的成品WZ填料见图2。

　　2.2 WZ填料的性质

　　2.2.1 理化性质

　　对核桃壳、WZ填料及陶粒的基本理化指标进行对比，结果见表2。

　　由表2可以看出，WZ填料的比表面积、表观密度均大于核桃壳和陶粒填料;一般而言，填料比表面积越大对微生物的附着越有利，可使BAF内保持较高的生物量。WZ填料具有较大的空隙率，可以保证曝气均匀性，作为BAF的新型填料，比传统填料更具有优势。