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摘 要：为了提高污水处理厂的出水水质，使其从一级A标准提标到准Ⅳ类水标准，通过研究前置反硝化生物滤池对水体中有机物和氮素污染物的同步去除效果，采用珊瑚砂前置反硝化曝气生物滤池+活性焦吸附滤池组合工艺，对两个系统的各项运行参数进行优化，如A/O体积比、水力负荷、气水比、回流比等，比较各工况下污染物的去除效果，得到较佳工况下的参数组合为：前置反硝化生物滤池中A/O体积比1：1，水力负荷0.60 m3/m2·h，气水比5：1，回流比200%;活性焦吸附滤池中水力负荷0.60 m3/m2·h。
关键词：前置反硝化;曝气生物滤池（BAF）;提标改造
国务院印发的《水污染防治行动计划》中，提出要加快现有城镇污水处理设施建设及改造步伐，为了响应国家号召，有效防治水污染和实施环境保护，对污水处理厂的出水要求很多已经不满足于一级A标准，即规定出水COD≤50 mg/L、NH4+-N≤5 mg/L、TN≤15 mg/L、TP≤0.5 mg/L，需要污水处理厂在原先的工艺上进行进一步的提标改造，将出水水质尽可能地靠近地表Ⅳ类水标准，即出水COD≤40 mg/L、TN≤10mg/L、NH4+-N≤2.0 mg/L、TP≤0.3 mg/L[1]。本项目采用珊瑚砂前置反硝化曝气生物滤池+活性焦吸附滤池组合工艺，对污水处理厂污水进行提标改造，研究该工艺下最佳的参数组合。
1工艺流程
曝气生物滤池（BAF）工艺属于生物膜法污水处理工艺，具有处理效率高、水力停留时间短、占地面积小、能源消耗少且运行成本低的特点。前置反硝化生物滤池具有良好的脱氮性能，被广泛运用于污水的深度处理。相较于后置BAF系统，前置BAF系统对COD的去除效果较好，硝化液回流对进水COD起到了稀释作用，也是得D/N滤柱和C/N滤柱的生物膜生长更新加快，促进了反硝化菌进行反硝化脱氮。在未外加碳源时后置BAF系统对TN的去除效率较低，去除率仅为20%左右，而前置BAF的脱氮效率显著，可达到60%以上[2]。
1.1.试验装置
与陶粒填料相比，珊瑚砂填料BAF更适合在较低的COD负荷下运行，因为珊瑚砂填料BAF对COD去除率随进水COD容积负荷的提高而快速减小，而陶粒填料BAF的变化则相对平缓[3]。本项目旨在将水体从一级A标准提标到准Ⅳ类水标准，实验运行工况下COD负荷较低，故选用珊瑚砂为填料更优。
相较于活性炭，活性焦的原料更加易得，价格也更加低廉[4]，其保留了活性炭吸附性能良好、化學性能稳定、可重复使用可再生的优点，活性焦可以通过物理和化学吸附将难降解有机物去除，适合用作污水处理的三级工艺，因此成为替代活性炭的新型吸附剂，已得到广泛应用，故本实验采用活性焦进行吸附。
1.2.挂膜启动
常用的启动挂膜的方法有两种：一种是全程持续接种更新活性污泥的连续流培养;另一种是填料先与活性污泥混合闷曝，之后再进行间歇或者是连续培养。第一种方法既可以在设计流速下运行，也可以在逐渐增大流速的条件下运行，挂膜周期短，一般为20天，但污泥投加量大，出水水质波动较大，菌种附着在填料表面不牢固，且成功挂膜后生物膜的稳定性差。第二种方法所得到的生物膜较符合要求，且系统出水水质比较稳定，抗冲击负荷能力也较强，但存在挂膜周期长的缺点，尤其在中低温条件下一般要30～50d。综合考虑两种方法的优缺点，本试验采用上述第二种方法进行挂膜。
先将扬州汤汪污水处理厂的污泥置于编号为1和2的塑料桶内闷曝，闷曝一段时间后进行静沉，完成后将上清液排出，并更换为取自扬州大学扬子津东校区生活区化粪池的生活污水，沉淀后至污泥沉降性能良好，即泥水界面清晰。再将珊瑚砂和活性焦填料分别加入塑料桶1和2的活性污泥中，继续加入生活污水并进行曝气，使微生物能够附着生长于填料表面。持续一段时间后可以观察到，珊瑚砂和活性焦表面均出现黄色絮状物质。如此之后，将珊瑚砂和活性焦注入相应有机玻璃反应柱内，同时以模拟配置的城镇污水处理厂尾水继续进行驯化。
反应器内的接种挂膜从2019年6月3号开始，到2019年7月4号结束，历时31天。起初在较低的水力负荷下连续进水，并维持较高的溶解氧，试验用水为人工模拟配制的一级A标准水，随后逐渐增加水量，直至达到设计负荷，并启动硝化液回流泵，此阶段两个反应器共持续运行10d。通过观察后发现曝气生物滤池（DN）段和活性焦吸附滤池表面生物膜呈黑色，而曝气生物滤池（CN）段反应器中灰黑色的污泥颜色变成了棕褐色。调至设定工况，即水力负荷0.4 m3/m2·h、A/O体积比1：1、气水比5：1、回流比200%，运行一段时间后，测定CODCr、TN和NH4+-N浓度并记录，比较去除效果。
启动初期，前置反硝化曝气生物滤池对CODCr和NH4+-N的去除率只有27%和21%左右。反应稳定进行20天后，观察后发现陶粒表面形成了黄褐色的膜状物质， CODCr和NH4+-N的去除率分别达60.94%～61.54%和53.27%～55.90%，反应器运行稳定，可认为生物膜已挂膜成熟，启动完成。
1.3.系统各参数优化
对珊瑚砂前置反硝化曝气生物滤池系统和活性焦吸附池系统中的参数分别进行优化。利用正交实验法，保持其他参数依照设计工况中的条件不变，按照下述不同参数组合运行设备，测定不同工况下的出水水质情况并记录，计算比较CODCr和NH4+-N的去除率，最后得到较佳工况。
珊瑚砂前置反硝化曝气生物滤池系统的优化，主要从以下4个方面进行：
A/O体积比：1：1、1：2和1：5;
水力负荷：q 0.40 m3/m2·h、0.60 m3/m2·h和0.80m3/m2·h。
气水比：3：1、5：1和7：1。
回流比：100%、150%、200%。
活性焦吸附池系统中，主要考虑水力停留时间对系统处理效果的影响，优化内容主要为吸附池的水力负荷q，分别取0.40 m3/m2·h、0.60 m3/m2·h和0.80m3/m2··h。
2试验结论
通过对系统各参数的优化，比较不同参数组合的工况下污染物的去除效果，可得出，前置反硝化生物滤池中A/O比1：1，水力负荷0.60 m3/m2·h，气水比5：1，回流比200%，活性焦吸附滤池中水力负荷0.60 m3/m2·h时，系统对COD、TN、NH4+-N的去除效果最佳。
参考文献：
[1]苏俊新.城镇污水处理厂一级A提标改造的关键因素及工艺选择[J].中国资源综合利用，2018，36（06）：45-48.
[2]刘绍根，李贵敏，夏娇，罗月.后置/前置反硝化BAF处理生物絮凝出水对比研究[J].水处理技术，2016，42（12）：84-88.
[3]龙向宇，谢军，唐然，方振东，马颖，丁昭霞，詹博.珊瑚砂和陶粒填料曝气生物滤池处理生活污水的对比[J].中国给水排水，2017，33（15）：20-24.
[4]卫冬丽，邢德山，韩虹琳.活性焦制备工艺对其性能的影响研究[J].电力科技与环保，2012，28（05）：11-14.
作者简介：
丁梦玲，女，生于1999年4月，汉族，浙江绍兴人，扬州大学本科在读，环境工程专业
【基金项目】本文系2019年扬州大学大学生科创基金项目，项目编号：201911117110Y
（扬州大学 江苏 扬州 225000）
关键词：前置反硝化;曝气生物滤池（BAF）;提标改造
国务院印发的《水污染防治行动计划》中，提出要加快现有城镇污水处理设施建设及改造步伐，为了响应国家号召，有效防治水污染和实施环境保护，对污水处理厂的出水要求很多已经不满足于一级A标准，即规定出水COD≤50 mg/L、NH4+-N≤5 mg/L、TN≤15 mg/L、TP≤0.5 mg/L，需要污水处理厂在原先的工艺上进行进一步的提标改造，将出水水质尽可能地靠近地表Ⅳ类水标准，即出水COD≤40 mg/L、TN≤10mg/L、NH4+-N≤2.0 mg/L、TP≤0.3 mg/L[1]。本项目采用珊瑚砂前置反硝化曝气生物滤池+活性焦吸附滤池组合工艺，对污水处理厂污水进行提标改造，研究该工艺下最佳的参数组合。
1工艺流程
曝气生物滤池（BAF）工艺属于生物膜法污水处理工艺，具有处理效率高、水力停留时间短、占地面积小、能源消耗少且运行成本低的特点。前置反硝化生物滤池具有良好的脱氮性能，被广泛运用于污水的深度处理。相较于后置BAF系统，前置BAF系统对COD的去除效果较好，硝化液回流对进水COD起到了稀释作用，也是得D/N滤柱和C/N滤柱的生物膜生长更新加快，促进了反硝化菌进行反硝化脱氮。在未外加碳源时后置BAF系统对TN的去除效率较低，去除率仅为20%左右，而前置BAF的脱氮效率显著，可达到60%以上[2]。
1.1.试验装置
与陶粒填料相比，珊瑚砂填料BAF更适合在较低的COD负荷下运行，因为珊瑚砂填料BAF对COD去除率随进水COD容积负荷的提高而快速减小，而陶粒填料BAF的变化则相对平缓[3]。本项目旨在将水体从一级A标准提标到准Ⅳ类水标准，实验运行工况下COD负荷较低，故选用珊瑚砂为填料更优。
相较于活性炭，活性焦的原料更加易得，价格也更加低廉[4]，其保留了活性炭吸附性能良好、化學性能稳定、可重复使用可再生的优点，活性焦可以通过物理和化学吸附将难降解有机物去除，适合用作污水处理的三级工艺，因此成为替代活性炭的新型吸附剂，已得到广泛应用，故本实验采用活性焦进行吸附。
1.2.挂膜启动
常用的启动挂膜的方法有两种：一种是全程持续接种更新活性污泥的连续流培养;另一种是填料先与活性污泥混合闷曝，之后再进行间歇或者是连续培养。第一种方法既可以在设计流速下运行，也可以在逐渐增大流速的条件下运行，挂膜周期短，一般为20天，但污泥投加量大，出水水质波动较大，菌种附着在填料表面不牢固，且成功挂膜后生物膜的稳定性差。第二种方法所得到的生物膜较符合要求，且系统出水水质比较稳定，抗冲击负荷能力也较强，但存在挂膜周期长的缺点，尤其在中低温条件下一般要30～50d。综合考虑两种方法的优缺点，本试验采用上述第二种方法进行挂膜。
先将扬州汤汪污水处理厂的污泥置于编号为1和2的塑料桶内闷曝，闷曝一段时间后进行静沉，完成后将上清液排出，并更换为取自扬州大学扬子津东校区生活区化粪池的生活污水，沉淀后至污泥沉降性能良好，即泥水界面清晰。再将珊瑚砂和活性焦填料分别加入塑料桶1和2的活性污泥中，继续加入生活污水并进行曝气，使微生物能够附着生长于填料表面。持续一段时间后可以观察到，珊瑚砂和活性焦表面均出现黄色絮状物质。如此之后，将珊瑚砂和活性焦注入相应有机玻璃反应柱内，同时以模拟配置的城镇污水处理厂尾水继续进行驯化。
反应器内的接种挂膜从2019年6月3号开始，到2019年7月4号结束，历时31天。起初在较低的水力负荷下连续进水，并维持较高的溶解氧，试验用水为人工模拟配制的一级A标准水，随后逐渐增加水量，直至达到设计负荷，并启动硝化液回流泵，此阶段两个反应器共持续运行10d。通过观察后发现曝气生物滤池（DN）段和活性焦吸附滤池表面生物膜呈黑色，而曝气生物滤池（CN）段反应器中灰黑色的污泥颜色变成了棕褐色。调至设定工况，即水力负荷0.4 m3/m2·h、A/O体积比1：1、气水比5：1、回流比200%，运行一段时间后，测定CODCr、TN和NH4+-N浓度并记录，比较去除效果。
启动初期，前置反硝化曝气生物滤池对CODCr和NH4+-N的去除率只有27%和21%左右。反应稳定进行20天后，观察后发现陶粒表面形成了黄褐色的膜状物质， CODCr和NH4+-N的去除率分别达60.94%～61.54%和53.27%～55.90%，反应器运行稳定，可认为生物膜已挂膜成熟，启动完成。
1.3.系统各参数优化
对珊瑚砂前置反硝化曝气生物滤池系统和活性焦吸附池系统中的参数分别进行优化。利用正交实验法，保持其他参数依照设计工况中的条件不变，按照下述不同参数组合运行设备，测定不同工况下的出水水质情况并记录，计算比较CODCr和NH4+-N的去除率，最后得到较佳工况。
珊瑚砂前置反硝化曝气生物滤池系统的优化，主要从以下4个方面进行：
A/O体积比：1：1、1：2和1：5;
水力负荷：q 0.40 m3/m2·h、0.60 m3/m2·h和0.80m3/m2·h。
气水比：3：1、5：1和7：1。
回流比：100%、150%、200%。
活性焦吸附池系统中，主要考虑水力停留时间对系统处理效果的影响，优化内容主要为吸附池的水力负荷q，分别取0.40 m3/m2·h、0.60 m3/m2·h和0.80m3/m2··h。
2试验结论
通过对系统各参数的优化，比较不同参数组合的工况下污染物的去除效果，可得出，前置反硝化生物滤池中A/O比1：1，水力负荷0.60 m3/m2·h，气水比5：1，回流比200%，活性焦吸附滤池中水力负荷0.60 m3/m2·h时，系统对COD、TN、NH4+-N的去除效果最佳。
参考文献：
[1]苏俊新.城镇污水处理厂一级A提标改造的关键因素及工艺选择[J].中国资源综合利用，2018，36（06）：45-48.
[2]刘绍根，李贵敏，夏娇，罗月.后置/前置反硝化BAF处理生物絮凝出水对比研究[J].水处理技术，2016，42（12）：84-88.
[3]龙向宇，谢军，唐然，方振东，马颖，丁昭霞，詹博.珊瑚砂和陶粒填料曝气生物滤池处理生活污水的对比[J].中国给水排水，2017，33（15）：20-24.
[4]卫冬丽，邢德山，韩虹琳.活性焦制备工艺对其性能的影响研究[J].电力科技与环保，2012，28（05）：11-14.
作者简介：
丁梦玲，女，生于1999年4月，汉族，浙江绍兴人，扬州大学本科在读，环境工程专业
【基金项目】本文系2019年扬州大学大学生科创基金项目，项目编号：201911117110Y
（扬州大学 江苏 扬州 225000）