为了便于活性污泥法工艺的稳定运行,许多研究者在对活性污泥法机理进行大量试验研究的基础上,发现向曝气池中投加无机粉末物料(如粉末活性炭、Zeolite、高龄土、滑石粉、绿泥石等)可以有效改善活性污泥的沉降性能及硝化效果。同济大学从2001年起进行沸石粉强化A/O生物脱氮工艺研究,并在此基础上提出了沸石生物联合吸附再生工艺。
考察沸石粉投加对活性污泥增殖及脱氨氮动力学的影响,并根据相关结论探讨了不同泥龄(SRT)条件下沸石粉的生物再生情况。结果表明,曝气池中投加沸石粉可明显提高活性污泥的产率系数和衰减系数。与传统活性污泥法相比,投加沸石粉的试验组稳定运行后,污泥产率系数和衰减系数分别提高125%和167%;当泥龄10d时,出水氨氮去除率提高10%~37%,继续增加泥龄,氨氮去除率提高不明显。通过对比试验结果的关联性分析,认为在低浓度条件下,沸石中铵离子的解吸速率是沸石生物再生的限制步骤,而且再生速率与泥龄呈正相关对应关系。
试验分2个对比组运行,前5组为投加沸石粉活性污泥法,维持沸石粉浓度约5g/L;后5组为传统活性污泥法。试验启动时接种上海市曲阳水质净化厂曝气池的活性污泥至2g/L,SRT分别控制在5d、10d和20d,稳定运行100d后,连续几周进行污泥增殖动力学试验,之后改变进水水质进行后续试验。其中,投加沸石粉组每日补加由于排泥而损失的沸石粉以维持沸石粉浓度平衡。
沸石粉及其污泥浓度的测定:当向活性污泥系统中投加无机矿物沸石粉以后,由于沸石粉600下的灼烧减重,造成对VSS分析有一定干扰。而在这种情况下的VSS测量方法国内外均没有规范化的报道,因此我们采用下述方法进行校正:向不含沸石的活性污泥中加入适量沸石粉后,分别按照重量法测量SS、NVSS、VSS,结果如表1所示。
当沸石吸附水体中的铵达到平衡(或达到一定水平)后,就必须考虑沸石的再生,将富集于沸石上的铵解吸或转化,恢复沸石对铵的吸附能力。由于沸石对NH+4的交换作用,水体氨氮浓度受到控制,不会抑制微生物活性,吸附在沸石上的铵会被长在沸石上的细菌硝化,实现沸石的动态生物再生。
与传统活性污泥法相比,投加沸石粉的装置稳定运行后(泥龄10d),出水中氨氮去除率提高约10%~37%,但泥龄进一步提高到20d后,二者差别甚微。当泥龄较低时(5d),沸石在8h的反应时间以内没有表现出生物再生作用;当污泥龄提高到10d以上时,生物再生作用显著,沸石的吸附量均在1h时达到最大。沸石中铵离子的释放速率是其生物再生的限制步骤。增加泥龄时生物再生速率进一步增加,这与微生物浓度或液相铵离子去除速率有关。