為了便于活性污泥法工藝的穩定運行,許多研究者在對活性污泥法機理進行大量試驗研究的基礎上,發現向曝氣池中投加無機粉末物料(如粉末活性炭、沸石、高齡土、滑石粉、綠泥石等)可以有效改善活性污泥的沉降性能及硝化效果。同濟大學從2001年起進行沸石粉強化A/O生物脫氮工藝研究,并在此基礎上提出了沸石生物聯合吸附再生工藝。

考察沸石粉投加對活性污泥增殖及脫氨氮動力學的影響,并根據相關結論探討了不同泥齡(SRT)條件下沸石粉的生物再生情況。結果表明,曝氣池中投加沸石粉可明顯提高活性污泥的產率系數和衰減系數。與傳統活性污泥法相比,投加沸石粉的試驗組穩定運行后,污泥產率系數和衰減系數分別提高125%和167%;當泥齡10d時,出水氨氮去除率提高10%~37%,繼續增加泥齡,氨氮去除率提高不明顯。通過對比試驗結果的關聯性分析,認為在低濃度條件下,沸石中銨離子的解吸速率是沸石生物再生的限制步驟,而且再生速率與泥齡呈正相關對應關系。

試驗分2個對比組運行,前5組為投加沸石粉活性污泥法,維持沸石粉濃度約5g/L;后5組為傳統活性污泥法。試驗啟動時接種上海市曲陽水質凈化廠曝氣池的活性污泥至2g/L,SRT分別控制在5d、10d和20d,穩定運行100d后,連續幾周進行污泥增殖動力學試驗,之后改變進水水質進行后續試驗。其中,投加沸石粉組每日補加由于排泥而損失的沸石粉以維持沸石粉濃度平衡。

沸石粉及其污泥濃度的測定:當向活性污泥系統中投加無機礦物沸石粉以后,由于沸石粉600下的灼燒減重,造成對VSS分析有一定干擾。而在這種情況下的VSS測量方法國內外均沒有規范化的報道,因此我們采用下述方法進行校正:向不含沸石的活性污泥中加入適量沸石粉后,分別按照重量法測量SS、NVSS、VSS,結果如表1所示。

當沸石吸附水體中的銨達到平衡(或達到一定水平)后,就必須考慮沸石的再生,將富集于沸石上的銨解吸或轉化,恢復沸石對銨的吸附能力。由于沸石對NH+4的交換作用,水體氨氮濃度受到控制,不會抑制微生物活性,吸附在沸石上的銨會被長在沸石上的細菌硝化,實現沸石的動態生物再生。

與傳統活性污泥法相比,投加沸石粉的裝置穩定運行后(泥齡10d),出水中氨氮去除率提高約10%~37%,但泥齡進一步提高到20d后,二者差別甚微。當泥齡較低時(5d),沸石在8h的反應時間以內沒有表現出生物再生作用;當污泥齡提高到10d以上時,生物再生作用顯著,沸石的吸附量均在1h時達到最大。沸石中銨離子的釋放速率是其生物再生的限制步驟。增加泥齡時生物再生速率進一步增加,這與微生物濃度或液相銨離子去除速率有關。