张智 阳春 邓晓莉 童代云 周劲松
摘 要：采用复合变速生物滤池对城市污水厂二级出水进行了深度处理的生产性试验。结果表明：复合变速生物滤池应当采用小断面进水、大断面出水的运行方式，最佳运行条件为HRT＝2.8 h，工作周期为24 h，浊度去除率为74.3%～90.0%，CODCr去除率为20.0%～42.0%，BOD5去除率平均值为69.0%，出水水质达到《生活杂用水水质标准》(CJ 25.1—89)。
关键词：城市污水；深度处理；复合变速生物滤池
中图分类号：X505 文献标识码：A
文章编号：1000-4602(2000)01-0005-04
A Study on Advanced Treatment of Municipal Wastewater by Combined
Velocity-Changed Biofilter
ZHANG Zhi,YANG Chun,DENG Xiao -li,
（Faculty of Urban Construction，Chongqing Jianzhu Univ., Chongqing 400045, China;）
TONG Dai-yun,
（Yubei South Urban Wastewater Treatment Plant, Chongqing 401120, China; ）
ZHOU Jing-song
（YubeiDistrict Sci. and Technology Commission, Chongqing 401120, China）
Abstract：A full-scale experiment was conducted on advanced treatment of secondary effluent from a municipal wastewater plant by combined velocity-changed biofilter (CVF). The experimental results showed that the influent should be operated with small inflow section and large outflow section. The optimal working conditions were HRT of 2.8 h and operating cycle of 24 h. Under the conditions above, the removal of turbidity was 74.3%～90.0%; those of CODCr and BOD5 were 20.0%～42.0% and 69.0% respectively. The quality of the effluent can meet the Miscellaneous Domestic Water Quality Standard (CJ25.1-89).
Keywords：municipal wastewater;advanced treatment;combined velocity-changed biofilter▲
城市污水的再生与回用可以有效地缓解水环境污染和水资源缺乏的矛盾。城市污水二级处理后的深度处理，其目的是进一步去除污水中的悬浮物(SS)、有机物、浊度、以及氮和磷等［1］。目前常用的城市污水深度处理技术有传统技术、活性炭技术、膜技术和生物过滤技术等［2］。传统技术包括混凝→沉淀→过滤→消毒等单元，处理流程长，对含有重金属的污水处理效果较好，但在投药后可能需要调整水质。活性炭含有大量微孔，具有巨大的比表面积，可去除大多数无机物和某些有机物。在回用水处理中应用较广泛的膜技术有微滤、超滤、渗析、反渗析和电渗析等，该技术污染物去除效率高，工艺条件较高。生物过滤技术充分利用滤料的截污吸附作用和滤料上附着生物膜的降解作用，可以获得较好的污染物去除效果，并且具有流程短、运行管理方便、费用低的优点［3］。本文应用复合变速生物滤池进行城市污水深度处理，对其净化功能及运行规律进行了试验研究。
1 试验方法及条件
1.1 试验流程和装置
试验流程如图1所示。
复合变速生物滤池深度处理城市污水研究
图1 试验流程示意图
试验采用的复合变速生物滤池内由一斜置的钢板将池分为两格，其中一格下部过水断面小、上部过水断面大，另一格则与之相反。污水从池的一格下部进入，先为上向流，翻过隔板之后下向流过滤。滤池下部布水区高度为250 mm；承托层厚度150 mm，采用粒径20～40 mm的卵石；滤池的中部为厚度1 200 mm的无烟煤滤料。滤料的体积质量为1.54 g/cm3，表观体积质量为1.49 g/cm3，堆积体积质量为741 kg/m3，密实度为49.7%，空隙率为50.3%，平均粒径0.65 mm。滤池外壁在滤料区域沿水流方向以300 mm的间隔设10个取样口。反冲洗装置为两台流量12.6 m3/h、扬程598 kPa、功率3.88 kW的立式泵和一个QYR—1000型气压罐。消毒设备为一台UYW—4型，功率9 kW，产药量800 g/h的次氯酸钠(NaClO)发生器。滤池构造如图2所示。
复合变速生物滤池深度处理城市污水研究
图2 复合变速生物滤池构造简图
1.2 试验水质
试验依托重庆市渝北区城南污水厂，该厂处理工艺为普通活性污泥法，其二沉池出水即为试验期间复合变速生物滤池进水，水质见表1。
表1 试验进水水质
CODCr
(mg/L) | BOD5
(mg/L) | 浊度
(NTU) | NH3-N
(mg/L) | NO-3-N
(mg/L) | NO-2-N
(mg/L) | TKN
(mg/L) | pH | | 57.1～67.7 | 11.80～25.39 | 9.47～20.74 | 12.8～19.8 | 2.06～2.72 | 0.22～0.29 | 25.32～32.08 | 6.8～7.1 |
| 流量(m3/d) | 120 | 80 | 40 | | 运行方式 | 方式1 | 方式2 | 方式1 | 方式2 | 方式1 | 方式2 | | 运行周期(h) | 16 | 8 | 30 | 17 | 50 | 28 | | 停留时间(h) | 2.3 | | 3.5 | | 6.9 |
影响复合变速生物滤池运行效果的因素很多，如pH值、溶解氧(DO)值、温度、碳氮比(C/N)、滤池进水水质、水力停留时间(HRT)、水力负荷(q)以及滤池中水的流向等。本试验工艺流程为污水厂出水的后续处理过程，滤池的进水水质无法进行定量控制，同时滤池的设计基于不投加任何其他物质，仅用生物滤池以最低的能量消耗进行处理，所以对试验的影响因素主要考察污水在滤池中的水力停留时间、水力负荷和滤池中水的流向。
滤池中水有两种流向，一种是小断面进水、大断面出水(运行方式1)，另一种则正好与之相反(运行方式2)，通过对照试验确定合理的过滤水流向。
1.4 试验过程
试验于1998年9月开始，历经驯化启动期和运行期两个阶段。
①驯化启动期
滤池的驯化启动直接用二沉池的出水进行。二沉池的出水含有一定量具有活性的微生物，对滤池的挂膜启动十分有利。开始用进水将滤池中的滤料完全淹没，作静态培养，2 d之后以小流量(30 m3/d)运行，检测出水水质并镜检，发现CODCr去除率有了一定的提高，但是滤料并没有挂膜的迹象。10 d以后镜检发现已经有了一定量的生物膜，同时CODCr的去除率有了明显的提高，此时认为滤池已经启动成功。
②运行期
运行期分两个阶段，第一阶段是在驯化启动期结束后通过测定滤池出水水质，比较在40 m3/d、80 m3/d和120 m3/d三种流量水平之下两种运行方式的运行周期，最终确定一种运行周期较长的运行方式。本阶段从1998年10月开始，11月结束。第二阶段从1998年11月开始，通过比较在选定的五种流量水平之下滤池的运行效果，确定滤池对各种检测指标的去除率与流量(水力停留时间)的关系，分析滤池的工作机理，确定滤池的最佳运行参数。2 试验结果及分析
2.1 最佳运行方式的确定和分析
运行方式1为：小断面进水、大断面出水；运行方式2为：大断面进水、小断面出水。通过试验检测，得出了两种运行方式的平均运行周期，试验结果见表2。
表2 运行方式1、2的运行周期对照表
| 水的流向 | 上向流 | 下向流 | 水的流向 | 上向流 | 下向流 | | 滤层厚度(cm) | 0(进水) | 120 | 240(出水) | 滤层厚度(cm) | 0(进水) | 120 | 240(出水) | Q＝100 m3/d
HRT＝2.8 h | NO-2-N | 2.028～
1.674 | 1.689～
1.252 | 1.398～
1.010 | NO-3-N | 0.278～
0.231 | 0.301～
0.273 | 0.312～
0.279 | | 平均NO-2-N | 1.830 | 1.464 | 1.169 | 平均NO-3-N | 0.259 | 0.283 | 0.299 | Q＝80 m3/d
HRT＝3.5 h | NO-2-N | 2.504～
2.310 | 1.906～
1.689 | 1.875～
1.664 | NO-3-N | 0.258～
0.230 | 0.275～
0.239 | 0.281～
0.244 | | 平均NO-2-N | 2.495 | 1.845 | 1.760 | 平均NO-3-N | 0.246 | 0.256 | 0.268 | Q＝40 m3/d
HRT＝6.9 h | NO-2-N | 2.653～
2.389 | 1.704～
1.428 | 1.497～
1.179 | NO-3-N | 0.266～
0.241 | 0.283～
0.259 | 0.301～
0.277 | | 平均NO-2-N | 2.583 | 1.596 | 1.303 | 平均NO-3-N | 0.257 | 0.271 | 0.285 |
2.2 最佳运行参数的确定和分析
2.2.1 滤池对杂质的去除情况及分析
试验中测定了滤池在工作周期内进出水及各滤层水样的BOD5、CODCr、浊度、氨氮、硝态氮和亚硝态氮的浓度值，根据试验数据绘出了正常工作时滤池各流量水平下各滤层水样的水质变化曲线，表明水质逐层及逐时变化规律。
通过对所绘BOD5、CODCr、浊度和氨氮变化曲线的分析认为：
① 正常工作时，滤池对浊度的去除率可以达到80%，出水浊度为1.62～3.49 NTU，且各流量水平之间去除效率差异不大。
② 正常工作时，滤池对BOD5去除率在60%左右，出水BOD5为3.78～5.81 mg/L，各流量下的去除效率差异不太明显；各流量条件下CODCr去除率的差异较为明显，在20%～40%之间变化，出水CODCr为23.7～39.6 mg/L(见图3)。
复合变速生物滤池深度处理城市污水研究
图3 CODCr去除率的逐层变化曲线
一般而言，在较小工作流量条件下显示出了相对较高的BOD5和CODCr去除率。另外，滤池进水有机物含量相对较低制约了滤池的脱氮效果。从表3的硝态氮、亚硝态氮试验数据可以发现，较高的硝态氮含量和有机碳源的相对不足以及滤池的缺氧环境(DO＜0.2 mg/L)，使得滤池中不稳定的亚硝态氮浓度增高，而且出现了内源反硝化，加之滤池不可避免地存在厌氧分解，造成氨氮的释放，这在一定程度上影响了去除效果［5］。
表3 NO-X-N试验数据mg/L
③ 试验表明，滤池净化功能主要在上向流部分的前600 mm滤层中完成。有资料表明，滤层的有效过滤厚度与平均粒径之比L/Dm应≮800，滤池的平均粒径为0.65 mm，所以滤层的有效厚度为520 mm，这与试验所得结果是相符的。
④ 缺氧条件下滤池中生长了相当数量的丝状真菌，在它们的连接之下，被滤层所拦截的脱稳生物小絮体聚集在一起形成了多孔的块状生物絮体，与附着在下部滤层的生物膜一道构成了滤池的生物相。
2.2.2 滤池最佳反冲洗参数的确定和分析
试验中测定了滤池分别在单泵和双泵工作情况下反冲洗出水的逐时变化，并根据所有的试验数据绘制了变化曲线(见图4)。经分析比较认为滤池采用两台同型号的水泵同时工作15 min即可提供足够的冲洗能量，将截留的杂质带出滤池，达到较好的反冲洗效果。
复合变速生物滤池深度处理城市污水研究
图4 反冲洗出水浊度逐时变化曲线
3 结论
①复合变速生物滤池(以下简称滤池)采用小断面进水、大断面出水(运行方式1)的运行方式可以利用反粒度过滤加大杂质的穿透深度进行深层过滤，延长工作周期。
②滤池在正常工作所能达到的流量范围之内，流量大小对浊度、颜色以及硝态氮的去除率影响不大。较小工作流量增加水力停留时间使BOD5、CODCr去除率有所提高，而氨氮则因内源反硝化和厌氧分解作用的加强更容易出现出水浓度的波动。
③滤池对污水的净化是滤料吸附截留与下部滤料附着生物膜和滤料间多孔状生物群落生化降解的共同作用的结果。
④经正交试验并充分考虑经济因素和滤池的管理运行方便，采用100 m3/d的流量、连续工作24 h的短历时、高强度冲洗。在试验水质条件下，浊度去除率为74.3%～90.0%，CODCr去除率为20.0%～42.0%，BOD5去除率平均值为69.0%。■
基金项目：重庆市科委科技攻关课题(96-社8)
研究方向：水处理。
作者简介：张智(1960-)，男，四川人，重庆建筑大学教授，硕士，
作者单位：张智(重庆建筑大学城市建设学院，重庆400045；)
阳春(重庆建筑大学城市建设学院，重庆400045；)
邓晓莉(重庆建筑大学城市建设学院，重庆400045；)
童代云(重庆渝北城南污水处理厂，重庆401120；)
周劲松(重庆渝北区科委，重庆401120)
电话：(023)65120811
传真：(023)65120810
参考文献：
［1］张杰.水资源、水环境与城市污水再生回用［J］.给水排水，1998，24(8).
［2］蹇兴超.城市污水回用技术现状和发展趋势［J］.环境保护，1996，(2).
［3］龙腾锐，陈中博等.利用活性污泥—缺氧变速生物滤池系统进行城市污水深度处理的试验研究［J］.给水排水，1997，23(2).
［4］俞辉群等.生物脱氮原理.水和废水技术研究［M］.北京：中国建筑工业出版社，1991.
［5］阮新如.滤料粒度对过滤的影响［J］.给水排水，1997，23(11).
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