短时直接曝气——过滤法处理生活污水

黄树辉¹　黄旻舒²
（1.浙江大学 环资学院，浙江 杭州 310029；2.中南林学院环资学院，湖南 株洲412006）

　　摘　要：采用短时直接曝气——过滤法处理生活污水，当曝气时间为 2 h，用d≤0.5mm炉渣过滤，其CODcr去除率为82.68％，NH4+-N的去除率为76.07％，TP的去除率为91.01%，浊度，小于1NTU。用短时直接曝气—过滤法处理生活污水，缩短了处理时的运行周期。
　　关键词：曝气；过滤；生活污水
　　中图分类号：X703.1；X799.3
　　文献标识码：A
　　文章编号：1009-2455（2002）03-0036-03

　　随着经济的发展，城市化率不断提高，导致生活污水在废水中所占的比重越来越大，对水体环境造成了严重的污染。然而由于资源、能源等的限制，生活污水的处理率还很低。而且，因资金问题，已建成的生活污水处理厂尚有部分不能正常运行。因此致力于高效、低耗、占地更少、处理周期短的生活污水处理工艺的研究是很有意义的。
　　在污水生物处理中，既快速又高效的方法常用的是短时高效曝气法。短时高效曝气法分两种：一是低污泥浓度，短曝气时间，使微生物维持在对数期增长，以BOD高速去除为特征。其去除率较低，约在70％～80％之间；二是采用高污泥浓度，短曝气时间，使微生物维持在衰减增长期，一般去除率在80％～90％之间[1]。但是这两种方法都有一些缺点：如有机物去除不充分、增值污泥量大、产生的污泥处置困难，且对水质水量变化适应性差，N、P去除率很低等。
　　为了尽量克服上述问题，本文尝试用短时直接曝气——过滤法的组合工艺处理生活污水。即曝气处理后的生活污水不用沉淀池，而直接过滤处理。因而节省了处理运行时间，降低了处理费用，且提高了处理效率。

1 实验部分

1.1 实验仪器与材料
　　实验仪器有光电式浑浊度仪（无锡科达仪器厂），pHS－2型酸度计（江苏电分析仪器厂），721分光光度计（上海第三分析仪器厂），蓝波—EP6500曝气器、CODcr测定用的冷却回流装置。
　　实验过滤材料：不同粒径的炉渣、河沙、石英砂等。
1.2 污水水质
　　污水取自中南林学院生活污水排放口，其水质见表1。

表 表1 生活污水质 CODcr/(mg.L^-1) 浊度/NTU pH NH⁴⁺-N/(mg.L^-1) TP/(mg.L^-1) 水温/℃ 220-610 100-300 7.2-7.5 20-60 2.5-32 11-26

2 试验结果及分析讨论

2.1 短时直接曝气
　　将生活污水装入2500mL的广口瓶中，用蓝波一EP6500曝气器分别曝气0.5h、1.0 h、1.5 h、2.0h，不静置，马上测其各项指标。其结果是：随着曝气时间的增加，CODcr的去除率由18％增至31.18％。NH⁴⁺－N在曝气1.5h之前，去除率没有什么变化，直至2 h后NH⁴⁺－N的去除率达6.25％左右。TP在曝气0.5h开始始终能保持去除率为14％左右。浊度的去除率非常低。这些结果表明如果仅仅只对生活污水短时强氧曝气，污染物指标的去除效果并不很明显。这是因为生活污水中既没有经过驯化的活性污泥，也没有微生物可以依附的生物膜，同时曝气后生活污水又没有静置的缘故。
2.2 过滤
2.2.1 滤料的选择
　　将炉渣、河沙、硅藻土、石英砂4种滤料分别装入直径140mm，高90mm的布氏漏斗中，用本经处理的生活污水直接过滤。结果表明炉渣对CODcr和浊度的去除效果明显优于其它3种。用炉渣过滤，其CODcr去除率能达到30％－40％左右，浊度能降低到14～40NTU左右。又由于炉渣属废物利用，成本最低，失效后弃旧换新即可，无需反洗，故滤料选择炉渣。
2.2.2 炉渣滤料粒径选择
　　将生活污水分别直接经过3组粒径分别为d≤0.25mm，0.25mm≤d≤0.5mm，0.5mm≤d≤1mm的炉渣过滤，过滤方式同前，其结果如表2。由表2可知，炉渣的粒径越小，过滤效果越好，但其滤速也相应变慢。且粒径越均匀，其CODcr去除率越高。由于过小粒径的炉渣须先经破碎再过筛，加工较麻烦。所以，综合考虑后选用d≤0.5mm的炉渣。
2.3 短时直接曝气一过滤处理生活污水
　　由于单独的短时直接曝气和直接过滤工艺都对生活污水的处理效果不太好。而且过滤一般是给水处理中的净水过程和污水处理中的高级处理过程，对待处理水的水质要求较高。为此，尝试着先用短时直接曝气对生活污水进行强化处理不经沉淀池，然后马上过滤的组合工艺来处理生活污水。在实验中，我们将生活污水装入2500mL的广口瓶中，用蓝波-EP6500曝气器分别曝气0.5h、1.0h、1.5h、2.0h，然后马上将曝气处理的生活污水用装有炉渣的布氏漏斗进行过滤。
2.3.1 组合工艺对CODcr去除率的影响
　　短时直接曝气—过滤组合工艺对CODcr的去除率见图1。从图1可以看出，当曝气0.5h，CODcr去除率仍很低，但是当达到2h时CODcr去除率可达82.68％。由于生活污水的CODcr平均浓度不是太高，当用2h直接曝气一过滤后，能使CODcr排放浓度达到排放标准。组合处理工艺在短时曝气过程中，由于污水中的微生物充分利用污水中的过量溶解氧，能以最快速度吸收有机物。随着曝气时间的增加，微生物吸收有机物的数量相应增加，从而使CODcr去除率上升。又因为在过滤时，滤料能截留水中悬浮物，且能吸附部分溶解性有机物，所以在直接曝气2h后，组合工艺对CODcr的去除率能达到82.68％，达到污水排放要求。

2.3.2 组合工艺对NH4+－N、TP去除率的影响与分析
　　组合工艺对NH₄⁺－N、TP去除效果如图2。由图2可知，NH₄⁺－N的去除率随着曝气时间的增加而增加。当曝气时间为2h时，其去除率高达76.07％。而TP的去除率随着曝气时间的增加，其去除率基本恒定，去除率也能达到90％以上。

　　NH₄⁺-N的去除机理是具有硝化作用的细菌在好氧条件下，充分利用水中的溶解氧快速繁殖和增长，为NH₄⁺－N转化成NO₃-和NO₂-做准备。对氨的生物反应来说，过滤过程，相当于厌氧过程。因而，氨发生厌氧氨硝化反应。即微生物直接以NH₄⁺为电子供体，以NO₃-为电子受体，将NH₄⁺、NO₃-和NO₂-转变成N2的过程，而N2直接从水中挥发出去[2]，从而使氨氮能有效去除。
　　而TP的生物去除一般是利用微生物先在厌氧环境下充分释磷，然后在好氧条件下过量摄取磷，达到磷的去除。但是短时直接曝气—过滤工艺由于在好氧前没有充足的厌氧环境，故去磷的机理并不能用生物除磷来解释。
　　该工艺的除磷主要利用炉渣滤料来发挥作用。炉渣具有吸附污水中含磷化合物的能力，让生活污水直接被组合工艺中同样条件的炉渣过滤，实验测得生活污水的总磷去除率能达到65％－72％。此外在好氧阶段微生物吸收和絮凝了一部分磷，然后当用炉渣过滤时，炉渣截除大部分这些含磷微生物。组合工艺的这两种作用综合使去除TP具有很好效果，很值得推广。
2.3.3 组合工艺对浊度的影响
　　经过运行该组合工艺，在滤料的有效周期内，分别经过曝气0.5h、1.0h、1.5h、2.0及过滤后，其浊度分别为5.8NTU、1.1NTU、0.9NTU、0.9NTU，故当曝气时间为1.5h－2.0h时，经该组合工艺处理的生活污水，其浊度达到了饮用水饮用标准。

3 结论

　　①用短时直接曝气-过滤法处理生活污水，当曝气时间为2h，用d＜0.5mm炉渣过滤，其CODcr去除率为82.68％，NH4+-N的去除率为76.07％，TP的去除率为91.01％，浊度＜1。能使生活污水达标排放。
　　②用短时直接曝气-过滤法处理生活污水，缩短了运行周期。
　　③该工艺对氨氮及总磷的去除机理值得深入探讨。

参考文献：

　　[1]张西衡，水污染控制工程[M].北京：冶金工业出版社，1993.99—100.
　　[2]郑平，胡宝兰.生物脱氮技术研究进展[J].环境污染与防治，1997，19（4）：25—28.

　　作者简介：黄树辉（1977－），女，湖南长沙人，现攻读环境工程博士，电话（0571）86971612。