曲際水 張榮輝 張力高

　　【摘要】 淹沒式下向流好氧生物濾池處理城市污水的試驗表明，該工藝集生物膜法和過濾技術于一體，是一種經濟高效的污水處理工藝。試驗得到的有關經驗參數和解析式，可作為處理類似城市污水的設計參考。
　　【關鍵詞】 淹沒式 好氧 生物濾池 動力學解析 城市污水

　　淹沒式下向流好氧生物濾池，由于是生物膜法，在填料的表面和孔隙中有可能增殖積累比活性污泥法更多的微生物量，從而可以降低污泥負荷，取得更好的生化效果；選擇合適的濾料，在生化的同時利用過濾技術，達到取消二沉池的目的。因此，淹沒式好氧生物濾池，有可能成為獲得更優良出水水質的高效的污水處理方法。

1 試驗方法

　　試驗濾池為淹沒式下向流好氧生物濾池。首先通過小試對焦炭、陶粒和活性炭三種濾料進行篩選，以焦炭和陶粒效果較佳。中試選用濾料為焦炭，粒徑2～6mm，比表面積約750m²／m³，孔隙率約51％。
　　試驗濾池為Φ380mm－H3.5m，填料高度2m，有效容積0.227m³。下部設有穿孔管曝氣器和氣水反沖洗裝置。試驗裝置的水深、填料高度、濾料參數與工程實型相同。過濾采用等濾速變水頭過濾。
　　試驗水源為城市污水，初級處理之后引入濾池。進水COD152～360mg／L，BOD₅48.3～129mg／L，SS36～340mg／L。

2 試驗結果

2.1 濾速（水力負荷）同處理效果的關系
　　四種不同濾速，亦即不同水力負荷條件下，在處理達到穩定狀態時的進、出水C0D、BOD₅、SS及其去除率的平均值如表－1所示。
　　由表1可以看出，淹沒式好氧生物濾池的C0D、BOD₅、SS去除率，隨濾速的提高，即水力停留時間的縮短而降低。但在試驗濾速（1～4m／hr）及相應的水力停留時間（2～0.5hr）范圍，COD、BOD₅、SS三項出水水質均能滿足污水排放一級標準的要求。淹沒式好氧濾池濾速為2～3m／hr情況下，COD、BOD₅、SS的去除率分別可在87.3％、91.8％和95.4％以上。從出水B0D₅很低，SS去除率很高的結果看，該生物濾池除了生物降解作用之外，還具有明顯的過濾作用。
　　以同樣的初級處理出水作為進水的活性污泥法的對比試驗結果表明，經曝氣2hr，沉淀1.7hr之后，處理出水亦能滿足污水排放標準要求，COD、BOD₅和SS去除率平均值分別為53.8％、80.2％和81.6％。

試驗處理數據表 　　　　　　　表1 濾速（m/hr） 1 2 3 4 停留時間（hr） 2.00 1.00 0.67 0.50 COD 進水（mg/L） 237 3.04 285 294 出水（mg/L） 17.6 28.5 36.2 57.1 去除率（%） 92.6 90.6 87.3 80.6 BOD₅ 進水（mg/L） 69.5 80.8 98.9 90.3 出水（mg/L） 2.71 4.08 8.14 13.7 去除率（%） 96.1 95.0 91.8 84.7 SS 進水（mg/L） 61 169 200 149 出水（mg/L） 0.9 1.6 9.3 15.5 去除率（%） 98.9 99.1 95.4 89.6 濾程(hr) 116 66 48 28

　　如果淹沒式好氧濾池濾速采用較為穩妥的2～3m／hr計算，相應的處理時間為1～0.67hr，與對比的活性污泥法的3.7hr相比，效率提高近3.5～5.5倍，而且出水明顯優于活性污泥法。
2.2 濾速與濾程（過濾周期）的關系
　　淹沒式好氧生物濾池采用等濾速變水頭過濾。當濾前、濾后水頭差達到1m時，完成一個過濾過程。濾速與濾程的關系亦列于表1中。濾程隨濾速的增大而減小，如圖－2所示。綜觀濾速與處理效果和濾程的關系，濾速采用3m／hr或2m／hr，處理效果很好（COD、B0D₅和SS去除率分別可達87％、91％和95％），且濾程也較長（48hr，即2晝夜），是較為穩妥的。
2.3 氣水比與處理效果的關系
　　試驗中，曝氣量分別按氣水比8：1和6：1控制，處理效果隨氣水比增大略有提高，但變化不大，且對工作周期未見影響。因此淹沒式好氧生物濾池的氣水比可按6∶1控制。
2.4 反沖洗參數
　　當濾層的阻力達到1m時，為了保證濾池的正常運行，需要進行反沖洗，將老化的生物膜及濾層中截留的懸浮物排出池外。
　　通過試驗而確定的反沖洗的程序與參數是：首先氣沖，反沖洗強度約30l／m²·S，歷時2分鐘：其次是氣水聯合反沖洗，反沖強度為氣6l／m²·S、水10l／m²·S，歷時8分鐘：最后水沖，反沖強度10l／m²·S，歷時3分鐘。濾料膨脹率約10％。反沖洗的耗水率在5％以下。經如上沖洗，可獲得良好的反沖洗效果。

3 求解動力學解析式^［1］

　　有機物在生物濾池內的降解機理與活性污泥法基本相同，B0D降解服從一級反應動力學：
　　dc／dt＝－KXC （1）
　　式中 dc／dt——BOD降解速率（mg／L·hr）；
　　K——Eckenfelder平均反應速率（L／mg·hr）；
　　X——反應器中微生物濃度，可以VSS表示（mg／L）；
　　C——反應器中BOD濃度（mg／L）。
　　生物濾池中的微生物與濾料的表面積有關，通常可以濾料的比表面積Ar（m²／m³）表示^［2］，即
　　X＝f（Ar）把上式代入式 （1）中，得
　　dc／dt＝－K·f（Ar）·C＝－K₁C （2）
　　式中，K₁——包括了VSS在內的反應速率常數。
　　把式 （2）積分，得

　　
　　式中　C_i——進水BOD₅濃度（mg／L）；
　　　　　Ce——出水BOD₅濃度（mg／L）；
　　　　　t——水力停留時間，可以下式表示：
　　t＝DH／L² （4）
　　式中　H——濾池內濾料高度（m）
　　　　　L——水力負荷（m³／m²·hr）；
　　　　　D和n——常數（與濾料及其比表面積有關）。
　　將式（4）代人式（3），得好氧生物濾池有機物殘留率的解析表達式：
　　Ce／Ci＝exp（－K₂H／L²） （5）
　　式中，K₂＝K₁D。
　　由于試驗模型濾料高度采用實型，即H＝2m，代入式（5），并將其變化為線性回歸解析式，得
　　lg（－lnCe／Ci）＝lg（2K₂）－nlgL （6）
　　用表中試驗數據計算出的BOD₅殘留率與水力負荷按式（6）進行回歸，如圖1所示。求解得
　　lg（2K₂）＝0.580，2K₂＝3.798，K₂＝1.899，n＝0.458。
　　將求得的2K₂和n值代人式（5），得淹沒式下向流好氧生物濾池處理城市污水時的BOD₅殘留率的解析式：

　　將式（8）圖示如圖2。圖2為在試驗范圍內，水力負荷同BOD₅去除率和濾程的解析及經驗關系曲線，根據進水濃度和出水要求，確定BOD₅去除率，并參考濾程的要求，可利用圖－2選擇適宜的水力負荷范圍，進行好氧生物濾池容積的設計。

4 結論

　　淹沒式下向流好氧生物濾池的試驗研究表明：
　　① 該工藝將生物膜技術同過濾技術相結合，可以獲得極為優良的處理出水水質。在出水水質指標滿足國家污水排放標準的要求下，其處理效率比活性污泥法提高3.5～5.5倍。是一種經濟高效的污水處理工藝。
　　② 淹沒式下向流好氧生物濾池處理城市污水的工藝參數：
　　濾料采用集炭或陶粒，粒徑2～6mm，孔隙率約51％，濾層高度2m， 水力負荷2～3m³／m²·hr，相應的水力停留時間為1～0.67hr，COD、BOD₅和SS的去除率可分別達到87.3％、91.8％和95.4％以上；濾程一般為66～48hr；反沖采用氣沖－氣水聯合反沖—水沖方式，反沖耗水率≯5％，可獲得良好效果。
　　③ 表示水力負荷同BOD₅去除率關系的解析式式（8），以及相應的圖2曲線，可作為好氧生物濾池反應器容積設計的參考。

參考文獻
［1］許保玖，《當代給水與廢水處理原理》，高等教育出版社，1990.5
［2］W.W.Eckenfelder.1970.“Water Pollution control experimental Procedures for Process Design，”The Pemberton Press Jenkins Publishing Company，Austen and New York