曝气生物滤池+混凝+澄清+过滤组合工艺在中水回用于循环冷却水的中试研究
随着工业的高速发展，水资源的需求量越来越大，而水资源日益匮乏。因此将城市污水厂二级出水作为循环冷却水的水源是一种比较可行的办法。但二级出水水质不符合循环冷却水对CODCr、氨氮、磷等营养元素的要求，营养元素过多将引起细菌的滋生，产生黏泥，尤其是氨氮含量高时，硝化菌的繁殖将消耗碱度，造成pH值下降，严重危害循环冷却水系统的安全运行。美国冷却循环水系统补给水的水质基准建议NH3-N限值为1.0mg/L，因此，必须将二级出水经深度处理后再应用于循环冷却水。
传统的再生水回用工艺通常为在二级生物处理的基础上采用混凝沉淀过滤工艺[2]，该工艺比较成熟， 但是工艺水质出水水质不稳定，且对氨氮的去除率很低。曝气生物滤池(BAF)由于基建投资小、处理效果高、占地面积小、脱氮效果显著，同时可去除CODCr、磷等其他营养元素而被广泛作为中水回用技术[3]。笔者以曝气生物滤池与混凝澄清过滤组合工艺对城市污水处理厂二级出水进行深度处理，以实现污水的回用。
1 试验条件
1.1 试验装置及流程
试验装置图如图1所示。所有罐体都由钢板焊制而成，原水由加压泵送至曝气生物滤池，滤层厚度为4m，填料为生物陶粒，粒径为3mm~5mm。试验采用的曝气生物滤池为上流式，即下部进水，上部出水。BAF出水加药（所有加药设备都为计量泵）混凝后流到澄清池沉淀，同时往澄清池中加石灰。澄清池出水加酸后由重力流到滤池过滤出水。
1.2原水水质
本试验在某污水处理厂进行，试验用水取自污水厂二级出水，其各项指标如表1所示。
表 1 原水水质
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2 试验结果与讨论
2.1生物膜的培养与驯化
生物滤池的启动一般来说有3种方法：直接以正常的工作滤速启动；直接通入要处理的水逐步提高滤速启动；用活性污泥接种后循环曝气一定时间后再通入要处理的污水。本试验采用直接通入要处理的水逐步提高滤速启动，考虑到进水为污水厂二级出水，污染物浓度低，生化可降解性差。所以在启动初期往其中添加了一部分甲醇作为其营养物质来源。
生物膜培养初期，先小水量进水，曝气生物滤池进水量为1m3/h，曝气量为2m3/h，以调节溶解氧>3mg/L为标准。运行一个月内，滤速从1m3/h逐步提升到5m3/h，通过观察反冲时带出的污泥对滤池中的生物相进行研究发现其中菌胶团细菌是生物膜的主体，边缘有丝状菌、藻类生长，并有大量原生动物和后生动物，如草履虫、鞭毛虫、滴虫、轮虫、线虫等（见图2）。生物滤池中存在种群丰富、结构完整、功能稳定的生态系统，生物膜驯化阶段基本完成。
2.2工艺参数的确定
根据再生回用水水质的要求，以及污水厂二级出水水质的具体情况，我们设计了一套曝气生物滤池与混凝澄清过滤组合工艺，该工艺设计进水量为5m3/h。
通过静态烧杯试验和动态试验，最终确定混凝剂、助凝剂分别采用聚合硫酸铁（PFS）、聚丙烯酰胺（PAM）。运行工艺参数如表2所示。
表 2 试验运行参数
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2.3对有机物（CODCr）的去除
该组合工艺对CODCr具有较好的去除效果，CODCr平均去除率达49.9%，处理后水中的CODCr稳定在30mg/L以下。这主要有两个方面作用的结果：一方面是附着在陶粒表面的生物膜对有机污染物吸附后，通过异养菌的生物代谢去降可溶性的CODCr，另一方面为不可生物降解的CODCr以及曝气生物滤池带出来的生物膜可通过后续澄清池沉淀、过滤等工艺去除。
2.4对NH3-N的去除
传统的化学沉淀工艺对二级出水中NH3-N的去除率仅为10%~20%。因此试验考虑用曝气生物滤池来降解NH3-N。
NH3-N平均进水浓度为12.6mg/L，出水浓度为0.41mg/L，平均去除率为96.2%，完全满足循环冷却水的水质要求。研究中发现溶解氧是影响硝化反应的重要因素，反应器内溶解氧的高低直接影响着硝化反应的速率和硝化菌的增殖。研究表明：曝气生物滤池内溶解氧一般控制3mg/L，也即是气水比为3左右，出水NH3-N均小于1 .0mg/L。
2.5对SS、TP的去除效果
试验结果表明，该工艺对SS具有良好的去除效果，出水SS都在5以下。主要是因为原水为二级出水，进水中含有的SS就比较低，而曝气生物滤池颗粒填料对悬浮物的捕捉能力强，而且填料表面的生物膜对悬浮物有很强的吸附作用，同时化学沉淀过滤也为悬浮物的稳定去除提供了有利的保障。试验中采用聚合硫酸铁（PFS）、石灰来去除有机物、TP、总硬度和其他悬浮物，结果表明：当PFS投加量为30 mg/L ，石灰投加量为150~240 mg/L时，沉淀物质的量最大，除磷率可达90%以上，出水TP都小于0.5mg/L。出水总硬度(CaCO3)小于110mg/L。
2.6冲击负荷试验
以进水量为5m3/h；气水比为3∶1为正常态，把进水量逐步的从5 m3/h提高到10m3/h，其中每两天提高1 m3/h，同时也相应的提高曝气量，满足气水比为3∶1。图4为进水冲击负荷对NH3-N去除效果的影响。由图4可知：进水冲击负荷对出水的NH3-N值基本无影响，说明曝气生物滤池抗冲击负荷能力很强。在中水回用中，若以去除水中NH3-N为主要目标，水力负荷还可以进一步增大或使反应器填料高度进一步降低，这样就能进一步降低投资成本。
3 结论
（1）采用曝气生物滤池与混凝澄清过滤组合工艺对城市污水处理厂二级出水进行深度处理，当PFS投加量为30 mg/L ，石灰投加量为150~240 mg/L时，沉淀物质的量最大，该组合工艺对CODCr、NH3-N具有较好的去除效果，CODCr平均去除率达49.9%，处理后水中的CODCr稳定在30mg/L以下；平均NH3-N出水浓度为0.41mg/L，平均去除率为96.2%；工艺对其它指标也具有良好的去除效果，出水SS都在5 mg/L以下，除磷率可达90%以上，出水TP都小于0.5 mg/L。出水总硬度(CaCO3)小于110mg/L。
（2）曝气生物滤池抗冲击负荷能力很强。在中水回用中，若以去除水中NH3-N为主要目标，水力负荷还可以进一步增大或使反应器填料高度进一步降低。
参考文献：
[1]PolancoFF，MendezE，AuruenaM，etal.Spaial distribution of heterotrophs and nitriers in a submerged biofiter for nitrificartion[J].Wat.Res.，2000，(10).
[2]邵青.水处理及循环再利用技术[M].北京:化学工业出版社，2004.362-363.ShaoQing.Water disposaland reuse technology[M].Beijing:Chemical IndustryPress，2004.362-363
[3] 张杰，曹相生，孟雪征.曝气生物滤池的研究进展[J].中国给水排水，2002，18(8):26-29.ZhangJie，CaoXiangsheng，MengXuezheng.Progress of biological aeration filter
[J].China Water and Wastewater，2002，18(8):26-29.
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