养殖废水的组合生物滤池净化工艺分析-北极星水处理网

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生物滤池作为生物膜反应器的经典形式之一, 已经成为一种成熟的工艺.近年来, 伴随各种新型脱氮途径的提出, 如异养硝化、好氧反硝化、同步硝化-反硝化、短程硝化-反硝化等, 研究者们将传统生物滤池不断进行改进, 开发出许多新型生物滤池, 并在各类废水处理中得到了应用.然而, 这些新型生物滤池仍然缺乏设计经验, 且无详细明确的工艺设计准则.生物脱氮是去除氮素的主要途径之一.强化生物脱氮的关键在于调控系统内部的氧化还原条件及优化原水中有机碳源的利用, 而且系统的水力停留时间、反应温度、进水理化特征等也都与脱氮效率密切相关.

水产养殖废水通常富含氮、磷、有机物等, 极易对地表水造成富营养化.削减养殖废水氮磷排放、开发适宜处理技术、提高水资源使用效率已成为我国发展生态农业当务之急.鉴于此, 作者设计了曝气垂直流滤池(aerated vertical-flow filter, AVF)+折流式水平流滤池(baffled horizontal-flow filter, BHF)的组合系统, 将前者的强硝化功能与后者的优势反硝化功能有机结合.同时, 通过设计不同的水力负荷及分流比来分别调控系统的反应时间及对原水中碳源的利用, 最终达到高效脱除养殖废水中氮磷、有机物的目的.本研究通过全面分析组合系统的净化效能与影响因素的关系, 探究组合系统的净化机制, 以期为该组合系统在养殖废水处理中的应用提供依据.

1 材料与方法

1.1 试验系统设计与构建

试验系统设计如下：配水池内原水经水泵抽提后通过分流阀(控制分流比)一部分流入曝气垂直流滤池, 另一部分直接流入调节池, 后者与曝气垂直流滤池底部出水混匀后再流入折流式水平流滤池(图 1).分流的目的主要是补充后一级滤池反硝化所需的有机碳源.所有单元构筑材料均为有机玻璃, 除调节池(L 20 cm×W 20 cm×H 30 cm)为圆柱形结构外, 其它均为方形箱体.配水池与曝气垂直流滤池规格一致(L 48 cm×W 48 cm×H 60 cm).曝气垂直流滤池表面铺设PVC布水管, 底部设有PVC集水管; 集水管内设有纳米微孔曝气管, 后者通过聚乙烯软管与旋涡风机相连(风量：60 m3˙h-1; 最大风压：10 kPa; 品牌：亚士霸; 型号：HG-250;产地：浙江台州).折流式水平流滤池(L 100 cm×W 48 cm×H 48 cm)自进水端向出水端呈3‰坡度倾斜; 同时, 折流式水平流滤池内增设了9个等间距平行交错的有机玻璃折流板(L 39 cm×W 0.9 cm×H 48 cm).两组滤池内部均填充孔径3~5 mm的多孔陶粒, 垂直流滤池填充深度38 cm, 水平流滤池填充深度34 cm, 陶粒孔隙率为0.433.

图 1 组合系统结构示意

1.2 滤池运行与数据采集

滤池的挂膜方式采用接种法, 具体是在曝气垂直流滤池和折流式水平流滤池内分别接种采自某养殖场的活性污泥, 每周接种一次, 直至滤料表面均被生物膜覆盖为止.挂膜结束后, 将模拟配制的高质量浓度养殖废水接种至两组滤池内, 进行微生物适宜性驯化, 待系统出水水质稳定后, 再进行数据采集.试验废水配置参考上述养殖场排放的高质量浓度养殖废水, 配置方案如下：即每升水含面粉、葡萄糖(含少量钠、钙、铁、锌等元素)、碳酸氢铵、磷酸二氢钾的质量依次为0.287 5、0.144、0.054和0.022 g.配置废水对应各项污染物的质量浓度见表 1.

测试过程按设定的分流比分为3个阶段, 但不同阶段折流式水平流滤池的水力负荷不变(即各阶段总进水量恒定).所设定的3个分流比依次为8：2、6：4和4：6.以8：2为例进行说明：即曝气垂直流滤池底部出水量与调节池内未经处理的原水体积比为8：2.对应地, 曝气垂直流滤池运行的3种水力负荷依次为(131±7)、(94±7) 和(60±2) mm˙d-1.

表 1 试验模拟配置的废水组成1) /mg˙L-1

组合系统每天间歇进水一次, 即曝气垂直流滤池水力停留时间为24 h, 折流式水平流滤池理论水力停留时间为43.7 h.曝气垂直流滤池每天曝气运行4 h(10:00~14:00), 对应气水比约为1 200：1.水样采集点为曝气垂直流滤池进水、底部出水, 折流式水平流滤池进水、末端出水.采样频率为每天1次, 每次采样时间点固定(08:30~09:30);每种分流比持续采样8次, 随后切换至下一分流比, 继续运行2周待系统稳定后再进行下一轮数据采集.采用美国YSI多参数水质分析仪(型号：Pro Plus)现场测定压强(p)、温度(T)、溶解氧(DO)、氧化还原电位(ORP)、碱度(pH)、电导率(Cond)、比电导率(SC)、总溶解固体(TDS)、盐度(Sal)、电阻(Res)等在线参数.水样采集后, 按国家标准方法测定COD、TN、NO3--N、NO2--N、NH4+-N、TP、IP等指标, 其中COD测量为锰法. COD又分为总有机物(TCOD)和溶解性有机物(DCOD). DCOD为水样经滤纸过滤后测定值, TCOD为直接测定值.

1.3 数据分析

本文采用百分比去除率评价滤池的净化效能, 即百分比去除率=(进水质量浓度-出水质量浓度)/进水质量浓度×100%.独立样本t-test用于检验进出水间理化特征的差异及两种滤池间净化效能的差异.单因素方差分析(one-way ANOVA)用于检验不同水力负荷/分流比对滤池净化效能的影响, 多重比较选择LSD(方差齐)或Games-Howell(方差不齐).为了综合分析监测的所有理化因子对净化效率的影响, 采用逐步回归分析及非线性冗余度分析(redundancy analysis, RDA)探讨污染物去除率与滤池进出水理化特征的关系.因为监测的理化因子变量较多, 为了避免变量之间的自相关, 在进行RDA排序之前, 先对监测的环境变量进行主成分分析.这些分析在SPSS 19.0及CANOCO 4.5软件中完成.

原标题：养殖废水组合生物滤池净化工艺分析

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