田文華，文湘華，錢易
(清華大學環境模擬與污染控制國家重點實驗室，北京 100084)

　　摘　要： 利用自行研制的沸石濾料曝氣生物濾池(ZBAF)裝置處理生活污水的中試結果表明，水力負荷對氨氮去除率的影響比對COD和濁度去除率的影響大得多。當水力負荷由1.1m/h增加到4.4m/h時，COD去除率僅降低26.9%，而對氨氮的去除率降低52.5%；處于最佳水力負荷(2.2m/h)時對COD、氨氮和濁度的去除率分別可達73.9%、88.4%和96.2%；COD負荷在11kg/(m³·d)以內變化對氨氮的去除率影響不明顯。
　　關鍵詞：天然斜發沸石；曝氣生物濾池；生活污水；水力負荷
　　中圖分類號：X703.1
　　文獻標識碼：A
　　文章編號：1000-4602(2002)12-0013-03

Use of Zeolite Medium Biological Aerated Filter for Removal of COD and Ammonia Nitrogen
TIAN Wen-hua,WEN Xiang-hua,QIAN Yi

(Dept of Environmental Science and Engineering,Tsinghua University,Beijing 100084,China)

　　Abstract：A pilot scale zeolite media biological aerated filter (ZBAF) was designed and used to treat municipal wastewater.The experimental results showed that hydraulic load has much greater effect on removal rate of ammonia nitrogen than on COD and turbidity removal.When hydraulic load is increased from 1.1m/h to 4.4 m/h,COD removal rate is decreased only by 26.9%,and ammonia nitrogen removal rate is low ered by 52.5%;at the optimal hydraulic rate (2.2 m/h),the removal rate of COD,am monia nitrogen and turbidity comes up to 73.9%,88.4% and 96.2% respectively;the variation of COD loading rate in the range of 11 kg/(m³·d) has not evident effect on the removal of ammonia nitrogen.?
　　Keywords:　 natural clinoptiloite;biological aerated filter;municipal wastewater;hydraulic load

　　天然斜發沸石(Clinoptilolite)具有孔隙度高、比表面積大的特點，對氨氮具有很強的選擇性離子交換能力，常用于脫除污水中氨氮的化學處理。沸石作為極性吸附劑也是一種理想的生物載體。國外對應用沸石作為曝氣生物濾池的濾料進行過一些研究，而目前國內還沒有以沸石作為曝氣生物濾池的濾料來處理生活污水的報道。筆者通過研究，開發了一種用于生活污水深度處理的沸石濾料曝氣生物濾池(Zeolite media biological aerated filter，簡稱ZBAF)并進行了中試。結果表明，ZBAF除具有普通BAF的優點外，還具有利于微生物生長、抗氨氮沖擊負荷的特點。目前這項技術已申報國家發明專利(申請號：02116307.3) 。

1　試驗裝置和方法

1.1　試驗裝置及流程
　　試驗裝置及流程見圖1。
　　ZBAF反應柱為200mm的有機玻璃柱，總高約為5.5m，其中裝填4～6mm的天然斜發沸石，反應器直徑大約是濾料粒徑的50倍，這樣可以消除邊壁效應，所得結果可以應用到更大規模的反應器中^［1］。反應器采用下向流形式，其中好氧段高度為2.1m，過濾段高 度為0.9m。反應柱壁兩側沿濾料頂部向下每隔0.3m設一個污水取樣口和一個濾料取樣口，各11個，其中一側的取樣口與測壓管相連。?

　　試驗裝置安裝在清華大學環境模擬與污染控制國家重點實驗室。原水為校園生活污水，經泵打入沉淀池進行初沉后，再用30～40目篩網過濾掉漂浮的大塊雜物，之后用機械隔膜計量泵打入反應器。
1.2　試驗條件和方法
　　采用提高水力負荷的方法來增加污染物負荷，水力負荷分別為1.1、2.2、3.3、4.4m/h，氣水比為4∶1，試驗期間水溫為29～23℃。每個工況運行穩定后再測定有關指標，其中污染物負荷以好氧區體積計算。試驗工況見表1。當水頭損失達到12kPa時采用氣水同時反沖洗。

表1　改變進水負荷的工況參數 流量(L/h) 30 60 90 120 空床水流速(m/h) 1.1 2.2 3.3 4.4 好氧段水力停留時間(h) 1.90 0.95 0.63 0.48 過濾段水力停留時間(h) 0.82 0.41 0.27 0.20 總水力停留時間(h) 2.72 1.36 0.91 0.68 運行時間(d) 15 7 9 6

1.3　測試項目及儀器
　　①COD：重鉻酸鉀法，COD快速測定儀；
　　②氨氮：納氏試劑分光光度法，分光光度計；
　　③濁度：濁度儀。

2　結果和討論

2.1 水力負荷的影響
　　在4種水力負荷條件下對COD和氨氮的去除效果分別見圖2、3。

　　由圖2、3可見，提高水力負荷對COD去除率的影響不是很大，但對氨氮的去除效果影響明顯。
　　4種不同水力負荷條件下對濁度的去除情況見圖4。

　　由圖4可見，隨著水力負荷的增加，出水濁度逐漸增加，而除濁率逐漸下降；水力負荷由2m/h 提高至3m/h時除濁率明顯降低(由96.2%下降至79.6%)，此時再提高水力負荷則除濁率不再下降。
　　綜上可知，ZBAF反應器的濾料高度為3m、最佳水力負荷為2.2m/h時，對COD、氨氮和濁度的去除率分別為73.9%、88.4%和96.2%，相應的出水平均濃度分別為43.4、3.5mg/L和3.7NTU，可達到《生活雜用水水質標準》(CJ25.1—89)和國家環保總局、天津大學提出的冷卻回用水水質建議值(Ⅲ)中有關指標的要求。
2.2?COD去除負荷與進水COD負荷的關系
　　4種水力負荷條件下COD去除負荷與進水COD負荷的關系見圖5。

　　由圖5可見，在最大COD負荷［11kg/(m³·d)］范圍內，COD去除負荷隨進水COD負荷的提高而提高，兩者呈線性正相關(斜率即為平均去除率)。隨著水力負荷的增大，斜率越來越小，表明去除率逐漸變小(3.3m/h時例外，斜率很小，相關系數也小，可能與當 時運行工況不穩定有關)。
2.3　氨氮去除負荷與進水氨氮負荷的關系
　　4種水力負荷條件下氨氮去除負荷與進水氨氮負荷的關系見圖6。

　　由圖6可見，水力負荷＜2.2m/h時兩者呈線性正相關。當水力負荷增至3.3m/h和4.4m/h時，氨氮去除負荷與進水氨氮負荷之間的線性正相關關系不明顯，隨著水力負荷的增加，去除的氨氮負荷下降。
　　對照圖5和圖6可見，水力負荷的增大對COD去除率影響不大，而對氨氮去除率影響很大。這主要是因為硝化反應的動力學參數μN、KN與異養微生物的μ、KS相比要小一個數量級以上。

3　結論

　　①沸石濾料曝氣生物濾池可以有效地去除COD、氨氮和濁度。試驗條件下的最佳水力負荷為2.2m/h(水力停留時間為1.4h)，此時對COD、氨氮和濁度的去除率分別為73.9%、88.4%和96.2%，相應的出水平均濃度分別為43.4、3.5mg/L和3.7NTU，可以達到國家環保總局、天津大學提出的冷卻回用水水質建議值(Ⅲ)中相關指標的要求。?
　　②水力負荷對氨氮去除率的影響比對COD和濁度去除率的影響大得多。當水力負荷由1.1m/h增加到4.4m/h時，ZBAF對COD的去除率僅降低26.9%，而對氨氮的去除率降低了52.5%。水力負荷由2.2m/h增加到3.3m/h時，其對氨氮的去除率明顯降低(下降41.1%)。
　　③COD負荷在11kg/(m³·d)范圍內變化時，對ZBAF去除氨氮的效果影響不明顯。

參考文獻：

　　［1］Lazarova V,Perera J,Bowenand M，et al.Application of aerated biofilters for production of high quality water for industrial reuse in West Basin［J］.WatSci & Tech,1996，41(4-5):417-424.
　　［2］董輔祥，董欣東.城市與工業節約用水理論［M］.北京：中國建筑工業出版社，2000.

　　作者簡介：田文華(1968-)，男，甘肅西峰人，博士研究生，主要從事污水回用處理工藝研究。
　　電　　話：(010)62778943 62774887
　　E-mail:tianwh98@mails.tsinghua.edu.cn
　　收稿日期：2002-06-13