第31卷第1期　2008年1月合肥工业大学学报(自然科学版)J OU RNAL OF H EFEI UN IV ERSIT Y OF TECHNOLO GYVol.31No.1　J an.2008　收稿日期:2007201229;修改日期:2007203219基金项目:国家自然科学基金资助项目(40672154)作者简介:李　冰(1980-),女,河南郑州人,合肥工业大学硕士生;彭书传(1964-),男,安徽金寨人,合肥工业大学教授,硕士生导师.沸石床快速渗滤工艺性能研究李　冰,　崔康平,　彭书传,　钱家忠,　陈　艳,　陈天虎(合肥工业大学资源与环境工程学院,安徽合肥　230009)摘　要:对人工快渗系统CRI 进行了模拟实验。

研究结果表明,CRI 对COD 、氨氮有较好的去除效果;在有机负荷012～016kg COD/(m 3・d )、水力负荷周期1～215d 和湿干比2∶1～1∶3的适宜工艺条件下,COD 去除率达到70%～90%,氨氮去除率达到90%;增大水力负荷周期和减小湿干比都有利于COD 的去除。

关键词:人工快渗系统;天然沸石;有机负荷;脱氮中图分类号:X703.1 文献标识码:A 文章编号:100325060(2008)0120109203Study on the zeolite constructed rapid inf iltration systemL I Bing ,　CU I Kang 2ping ,　PEN G Shu 2chuan ,　Q IAN Jia 2zhong ,　CH EN Yan ,　CH EN Tian 2hu(School of Resources and Environment ,Hefei University of Technology ,Hefei 230009,China )Abstract :Simulation experiment is made ,and t he result s show t hat t he removal rate of COD is 70%to90%under t he organic loading of 012～016kg COD/(m 3・d )and t he hydraulic loading cycle 1～215d wit h t he ratio of t he flooding period to t he drying period being 2∶1～1∶3.The removal rate of N H 32N reaches 90%.Increasing t he hydraulic loading cycle and decreasing t he ratio of t he flooding period to t he drying period are favorable for removal of COD.K ey w ords :const ructed rapid infilt ration (CRI )system ;zeolite ;organic loading ;denit rification 人工快渗系统CRI (Constructed Rapid Infil 2t ration )是在传统污水土地渗滤处理系统(RI )的基础上发展起来的[1]。

室内试验结果表明,人工快速渗滤系统CRI 克服了传统快渗系统RI 水力负荷低的缺点,保留了其设备简单、投资少、能耗低和出水水质好等优点,因而具有广阔的发展前景[2,3]。

本文选用天然沸石为滤床填料构建CRI 模拟实验系统,对其调试运行、有机物降解和脱氮性能进行了实验研究,为其在废水深度处理和污水回用工程中的应用提供参考。

1　实验装置、材料与测试方法实验用CRI 反应器采用DN300mm 有机玻璃柱制作,高350mm ,上层配水层填充70mm 细砂;中层滤料填充175mm 天然沸石,滤料粒径4～6mm ,堆积密度1151kg/m 3,孔隙率4214%;下层承托层填充62mm 卵石,卵石粒径15～20mm 。

实验装置如图1所示。

1.配水箱2.蠕动泵3.进水管道4.配水层5.沸石滤料层6.承托层7.出水管8.局部反冲洗管图1　试验装置简图 实验废水采用斛兵塘水添加葡萄糖、氯化铵、硫酸亚铁、硫酸锰、硫酸镁、氯化钙、碳酸氢钠、磷酸二氢氨及磷酸二氢钾等化学试剂配制。

CODcr 采用K 2Cr 2O 7滴定法测定;N H 3-N 采用纳氏试剂分光光度法测定。

2　结果与讨论211　实验装置的调试运行和成熟期测定实验启动采用接种污泥,污泥取自王小郢污水处理厂污泥浓缩池。

实验第1～12d ,在水力负荷周期为1d ,湿干比为1∶1(淹水12h ,落干12h )的条件下进行;第13～24d ,调节湿干比为1∶2(淹水8h ,落干16h );第25d 开始,调节湿干比为1∶1,其中,第8天、第26天反冲洗,测定污泥达到成熟期后,进行主体试验。

结果如图2所示,1～15d 出水水质不稳定,微生物刚接种,对新环境不适应,处于生长停滞阶段;第16d ,出水水质逐渐变好,表明微生物逐渐适应新的环境,进入指数生长时期;第20天开始,出水水质稳定并达到二级排放标准(G B 18918-2002),微生物进入静止期,标志着微生物培养成熟,启动成功。

试验结果表明,采用活性污泥进行接种,可以大大缩短CRI 系统运行达成熟所需的时间,系统试运行30多天便达到了稳定;而采用自然培养的方式,系统运行达稳定需要近3个月时间。

如果在北方地区,系统则需要4～6个月时间试运行才能稳定[4,5]。

图2　调试运行和成熟期测定212　有机负荷对CRI 性能的影响在水力负荷周期为115d ,湿干比1∶3条件下,有机负荷对CRI 性能的影响如图3所示。

随着有机负荷提高,去除效率下降。

当进水有机负荷小于013kg COD/(m 3・d )时,增加进水有机负荷,去除率下降缓慢;当进水有机负荷在013～014kg COD/(m 3・d )时,去除率迅速由87%下降至77%;当进水有机负荷在014～016kg COD/(m 3・d )时,去除率稳定略有升高。

有机负荷较低时,微生物处于内源代谢阶段,增殖受到进水有机物量限制,所以随着进水有机负荷提高,微生物降解的基质数量也增加,但继续增大有机负荷,微生物降解能力跟不上进水有机负荷增加,COD 去除率迅速下降。

在有机负荷014～016kg COD/(m 3・d )时去除率稳定略有升,为实验误差。

图3　有机负荷对CRI 性能的影响213　湿干比对CRI 性能的影响在有机负荷为012kg COD/(m 3・d ),水力负荷周期1d 条件下,湿干比对CRI 性能的影响如图4所示。

随着湿干比减小,COD 去除率提高。

湿干比由2∶1减小到1∶2,COD 的去除率由7018%迅速提高到8812%;湿干比由1∶2再减小,去除率提高缓慢。

图4　湿干比对CRI 性能的影响 CRI 系统主要依靠好氧微生物对污染物质降解去除。

干湿交替的工作方式对系统复氧条件有明显改善。

在系统落干时,渗滤介质中的孔隙水排干,外界空气进入促进附着在介质表面的微生物膜对氧的吸收和利用,同时也有利于空气中的氧向介质中的毛细管扩散。

下一次淹水开始时,进入渗滤介质的大部分空气被水封在系统内,继续供微生物利用[6,7]。

在湿干比较高的时候,系统复氧不足,微生物活性低,随着湿干比降低,系统复氧增加,大大提高微生物的活性,有利于污染物质降解去除;但当落干时间足够介质中微生物完成对吸附污染物质的降解时,再减小湿干比不仅不会增大去除率,还可能造成微生物营养物质缺乏,活性变差,甚至死亡[8]。

当湿干比降到1∶2后,再减小湿干比,系统COD 去除率增长缓慢。

11 合肥工业大学学报(自然科学版)第31卷　214　水力负荷周期对CRI 性能的影响在有机负荷为012kg COD/(m 3・d ),湿干比1∶3条件下,水力负荷周期对CRI 性能的影响如图5所示。

随着水力负荷周期的增大,COD 去除效率提高。

图5　水力负荷周期对CRI 性能的影响CRI 系统的复氧效率由水力负荷周期决定。

水力负荷周期越小,相同时间内,系统运行的周期数越多,落干次数越多,系统介质内部与外界发生的空气交换次数也越多,附着在介质表面的生物膜接触和利用空气中氧气的次数也越多,所以系统复氧效果也越好,生物活性越高。

水力负荷周期越大,则情况正好相反[9]。

因此,减小水力负荷周期有助于污染物质的去除。

215　CRI 脱氮性能研究在适宜工况条件下,CRI 脱氮性能如图6所示。

进水氨氮质量浓度在50～110mg/L 变化,出水氨氮质量浓度都保持在9mg/L 以下,去除率超过90%。

显示出沸石床CRI 良好的氨氮和抗击氨氮冲击负荷性能。

图6　CRI 脱氮性能研究滤料介质的质地、结构、渗透性和化学性质等均会影响系统的去污效果[10]。

CRI 的工作原理是淹没期吸附水中污染物质,落干期复氧和降解污染物质。

淹没期水中溶解氧含量低,硝化作用差,氨氮去除效果差。

但本试验沸石床CRI 具有良好的脱氮性能。

本试验介质为粒径4～6mm 的天然沸石。

天然沸石具有良好的氨氮选择吸附性能,在淹没期,不仅可以吸附有机污染物质,同时可以吸附水中的氨氮,出水氨氮浓度低;在落干期,沸石中氨氮解吸以供微生物利用,沸石同时得到生物再生。

其次,沸石比表面积大,内部孔道发达,有利于微生物的附着;孔隙率高,有利于通风,系统复氧效果好;沸石具有强大吸水和保水能力,落干期可以在孔道内也保有大量水,为落干期氨氮解吸提供条件,也为微生物提供了良好的生存和降解污染物质的环境。

因此,沸石床CRI 具有良好的脱氮和抗击氨氮冲击负荷性能。

3　结 论CRI 对COD 有较好的去除作用。

在有机负荷012～016kg COD/(m 3・d )、水力负荷周期1～215d 和干湿比2∶1～1∶3的适宜工艺条件下,COD 的去除率达到70%～90%。

增大水力负荷周期和减小湿干比都有利于COD 的去除。

沸石床CRI 系统具有良好的脱氮性能,其填料天然沸石对氨氮具有良好的选择吸附性,又使得其对氨氮具有良好的抗冲击性能。

[参　考　文　献][1]　刘家宝,杨小毛,王　波,等.改进型人工快渗系统处理污染河水中试[J ].中国给水排水,2006,22(13):14-17.[2]　张金炳.污水处理人工快速渗滤系统研究[M ].北京:中国地质大学出版社,2002.[3]　张金炳,陈鸿汉,钟佐　,等.地埋式砂滤系统及其环境意义[J ].现代地质,2001,5(3):346-350.[4]　Latvala A.Multilayer intermittent sand filter [J ].Wat SciTech ,1993,28(10):125-132.[5]　Pell M ,Nyberg F.Infiltration of waster water in a newlystareed pilot sand -filter systerm :Ⅰ.reduction of organic matter and phosphorus [J ].Environ Qual ,1989,18:451-457.[6]　喻治平,赵智杰,杨小毛.人工快速渗滤池微生物活性的研究[J ].中国环境科学,2005,25(5):589-593.[7]　何江涛,张达政,陈鸿汉,等.污水渗滤土地处理系统中的复氧方式及效果[J ].水文地质工程,2003,(1):103-109.[8]　郭劲松,王春燕,方　芳,等.人工快渗系统在三峡库区处理生活污水的适应性研究[J ].环境科学,2006,21(11):2327-2332.[9]　何江涛.人工快滤污水处理系统水力负荷周期的设计[J ]地学前缘,2005,12(特):49-54.[10]　长金炳,汤　呜,陈鸿汉.人工快渗系统处理洗浴污水的试验研究[J ].岩石矿物学杂志,2001,20(4):539-543.(责任编辑　朱华新)111　第1期李　冰,等:沸石床快速渗滤工艺性能研究。