曝氣生物濾池處理生活污水效能沿濾層高度的變化

李 寧，趙 玉 華，劉 斌

（1.沈陽市房地產(chǎn)開發(fā)建設(shè)管理辦公室，遼寧 沈陽 110013；2.沈陽建筑大學(xué) 市政與環(huán)境工程學(xué)院，遼寧 沈陽 110168；3.構(gòu)易都市（北京）建筑設(shè)計(jì)咨詢有限公司，北京 100055）

0 引言

曝氣生物濾池（biological aerated filter）是在生物反應(yīng)器內(nèi)裝填高比表面積的顆粒濾料，以提供微生物膜生長的載體，污水流過濾料層，在濾料層下部鼓風(fēng)曝氣，空氣與污水逆向或同向接觸，使污水中的有機(jī)物等污染物和填料表面生物膜通過生化反應(yīng)得到去除，濾料同時(shí)起到物理過濾作用［1-2］。與普通活性污泥法相比，曝氣生物濾池具有有機(jī)負(fù)荷高、占地面積小（是普通活性污泥法的1/3）、投資少（節(jié)約30%）、不會產(chǎn)生污泥膨脹、氧傳輸效率高、出水水質(zhì)好等優(yōu)點(diǎn)［2-3］，而濾層是曝氣生物濾池實(shí)現(xiàn)處理功能的關(guān)鍵所在［4-5］。濾層高度的大小不僅決定了濾池的功能，也影響濾池的設(shè)計(jì)高度，從而影響濾池的造價(jià)。本文通過對曝氣生物濾池濾層不同高度處理效果的分析，提出曝氣生物濾池處理生活污水所需濾層高度，為曝氣生物濾池的工程應(yīng)用提供參考。

1 試驗(yàn)裝置與方法

1.1 試驗(yàn)裝置

試驗(yàn)裝置流程見圖1。曝氣生物濾池采用上流式運(yùn)行方式。用塑料管將兩個(gè)有機(jī)玻璃濾柱串聯(lián)，柱高3 000mm，外徑80mm，內(nèi)徑75mm。濾柱內(nèi)裝填有多孔陶粒生物濾料，一級濾柱濾料粒徑3.5～5.5 mm，二級濾柱濾料粒徑4.2～2.5mm，承托層厚度300 mm，每柱濾層高均為2 000mm。承托層以上，每隔0.2m 設(shè)一取樣口，出水口高出柱內(nèi)濾料頂層0.4m。試驗(yàn)裝置運(yùn)行了2a，本文試驗(yàn)結(jié)果是運(yùn)行第2年4月中旬5d的試驗(yàn)平均值。

圖1 曝氣生物濾池裝置Fig.1 Set of biological aerated filter

1.2 試驗(yàn)用水

試驗(yàn)用水采用模擬生活污水。

1.3 分析項(xiàng)目及方法

分析測試項(xiàng)目有CODCr、NH3-N、濁度、DO，分析方法遵照《水與廢水監(jiān)測分析方法》進(jìn)行。分析方法見表1。

表1 水質(zhì)分析項(xiàng)目及方法Tab.1 Quality item and measure method

2 試驗(yàn)結(jié)果與分析

試驗(yàn)濾速5.0 m/h，氣水比1.25∶1。進(jìn)水平均質(zhì)量濃度分別為：CODCr407.75mg/L，氨氮11.25mg/L，總磷4.75mg/L。水溫12～20 ℃，pH 中性。

2.1 CODCr沿層變化

從圖2可以看出，在濾層高0～2m 段CODCr去除效果明顯。在濾層高2 m 處，CODCr為332.15mg/L，去除率為18.54%。濾層高度2.6m，CODCr去除率為63.78%。在2～4m處CODCr去除率變化趨于平緩，2.6 m 處CODCr去除率為74.87%。4m 處CODCr去除率90.36%，出水CODCr39.3 mg/L，達(dá)到污水處理廠排放標(biāo)準(zhǔn)的一級A 標(biāo)準(zhǔn)。

圖2 沿濾層高度CODCr變化Fig.2 CODCrvariety along height

濾層0～2 m 段是異養(yǎng)菌生長繁殖、降解COD 的主要層段。在一級濾池濾層中，生長著大量異養(yǎng)菌，是異養(yǎng)菌的活躍層，主要以降解有機(jī)物為主，異養(yǎng)菌競爭底物、溶解氧和填料表面空間的能力比自養(yǎng)菌強(qiáng)而占據(jù)優(yōu)勢［6-7］。

2.2 氨氮沿層變化

從圖3中可以看出，在2～4m段內(nèi)氨氮去除率增加幅度較大，是氨氮去除率的高效層段。2m處，氨氮質(zhì)量濃度8.78mg/L，去除率21.98%；4m 處，氨氮質(zhì)量濃度3.25mg/L，去除率74.47%，達(dá)到污水處理廠排放標(biāo)準(zhǔn)的一級A 標(biāo)準(zhǔn)。

曝氣生物濾池在宏觀結(jié)構(gòu)、微觀生態(tài)和生物學(xué)上，均具有存在同時(shí)硝化反硝化反應(yīng)的可能。在反應(yīng)系統(tǒng)中，由于存在著厭氧區(qū)，可實(shí)現(xiàn)一定程度的反硝化脫氮。復(fù)合脫氮反應(yīng)包括同步硝化反硝化脫氮。

圖3 沿濾層高度氨氮變化Fig.3 NH3-N variety along height

2.3 總磷沿層變化

從圖4可知，對總磷去除的高效層段范圍是1.2～2.6m。在該段總磷去除率61.78%。2m 處總磷1.48mg/L，2.6m 處總磷0.89mg/L，達(dá)到一級B標(biāo)準(zhǔn)。出水總磷0.22，達(dá)到一級A標(biāo)準(zhǔn)。

圖4 沿濾層高度總磷變化Fig.4 TP variety along height

生物法除磷主要依靠生物誘導(dǎo)的化學(xué)沉淀作用和生物聚磷作用［8-9］。生物誘導(dǎo)的化學(xué)沉淀作用，是由于生物膜內(nèi)微生物的代謝作用，導(dǎo)致微環(huán)境發(fā)生變化，使污水溶解性磷酸鹽化學(xué)性地沉積于生物膜表面，從而隨著反沖洗廢水排出；生物聚磷作用是指聚磷菌在厭氧環(huán)境中大量釋放磷，在好氧環(huán)境中過量攝取磷酸鹽，使其在體內(nèi)積累，并同樣隨反沖洗水排出，從系統(tǒng)中去除磷。

曝氣生物濾池本身具有的特殊構(gòu)造，其填料為多孔陶粒生物濾料，比表面積是常規(guī)濾料的4～6倍，生物膜不易流失，其生物膜中由于存在溶解氧梯度，使生物膜由外至內(nèi)形成好氧區(qū)、缺氧區(qū)和厭氧區(qū)，厭氧區(qū)形成厭氧生物膜，且生物膜處理中生物膜的停留時(shí)間與污水的停留時(shí)間無關(guān)，因此能存活世代時(shí)間較長的硝化菌及亞硝化菌，而由于缺氧區(qū)的存在，反硝化菌占優(yōu)，使得曝氣生物濾池具有復(fù)合除磷特性［10］。

3 結(jié)論

（1）曝氣生物濾池處理生活污水，在濾層高度為4m、濾速5.0m/h、氣水比1.25∶1、水溫12～20 ℃的條件下，出水可達(dá)到《城鎮(zhèn)污水處理廠綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》。

（2）曝氣生物濾池處理生活污水COD的功能，基本在濾層0～2.6m 內(nèi)完成，去除率可達(dá)到75%，占總?cè)コ实?2.9%?？?cè)コ蔬_(dá)到90.36%，進(jìn)水COD 407.75mg/L，出水39.3mg/L。

（3）曝氣生物濾池處理生活污水氨氮的功能，基本在濾層2.6～4.0m 段完成，去除率49.50%，占總?cè)コ实?9.6%。總?cè)コ蔬_(dá)到71.14%，進(jìn)水11.25mg/L，出水2.25mg/L。

（4）曝氣生物濾池處理生活污水總磷的功能，基本在濾層1.2～2.6m 段完成，去除率61.78%，占總?cè)コ实?4.7%?？?cè)コ蔬_(dá)到95.46%，進(jìn)水4.04mg/L，出水0.22mg/L。