張智，龍騰銳，方芳，劉紹武
（重慶大學(xué) 城市建設(shè)與環(huán)境工程學(xué)院，重慶 400045）

1 污水再生過濾技術(shù)的發(fā)展及趨勢

　　近年來，水資源的匱乏已逐漸成為制約社會經(jīng)濟發(fā)展的重要因素之一，水體污染的日益嚴重和水需求量的大幅度增加，進一步加劇了水的危機。
　　一方面，城市缺水嚴重；另一方面，城市產(chǎn)生的大量廢水，既污染了環(huán)境，又浪費了寶貴的水資源。其實，人類使用過的水中，污染物質(zhì)只占0.1％左右，比海水的3.5％少得多，其余絕大部分是可以再用的清水。廢水經(jīng)過適當?shù)脑偕幚恚梢灾貜?fù)利用，實現(xiàn)水的良性循環(huán)。一般情況下，污水再生利用工程比興建天然水取水工程，特別是長距離引水工程投資更省，并能相當程度的降低運行費用。因此，研究城市污水二級處理再生利用技術(shù)，具有重要的現(xiàn)實意義。
　　城市污水再生工藝取決于二級出水水質(zhì)及再生水利用水質(zhì)的要求，通常單一的某種水處理方法很難達到再生水水質(zhì)要求，而需要多種污水處理技術(shù)的合理組合，而且處理工藝的選擇于組合不僅與污水的水質(zhì)特征、處理后水的用途有關(guān)，而且與各處理過程的互容性及經(jīng)濟的可行性有關(guān)。
　　生物過濾技術(shù)是近年來污水深度處理采用較多的一種處理方式。美國在常規(guī)的二級處理之后加上生物過濾，使污水廠處理的水達到回用的目的，歐洲國家也多采用過濾作為深度處理的一個單元。過濾是使二級生物或物理化學(xué)處理后的廢水通過顆粒填料的截留和附在其上的生物膜的生物降解作用，達到進化水的目的。
　　過濾技術(shù)的發(fā)展主要包括兩個方面：填料的開發(fā)和新的濾池型式。
　　近年來，濾池出現(xiàn)了許多新形式，如V型濾池，D型濾池，無閥濾池等，濾料也從單一砂濾池增加到纖維束濾池，彗星濾料、燒結(jié)陶粒、塑料顆粒等；用于污水再生工藝的新過濾池型如濾布濾池、Aquazur V型濾池、Biofor生物濾池、連續(xù)膜過濾、Aria系統(tǒng)和DA超高D型濾池等，代表了濾型的發(fā)展方向；過濾技術(shù)的發(fā)展的總趨勢是：凈化效果好、效率高、管理方便、易于設(shè)備化和技術(shù)成套化。

2 催化填料的研究

2.1 需氧微生物生長促進劑的篩選研究
2.1.1 試驗?zāi)康?br> 　　若是在填料中投加適量的這類痕量金屬離子，就可以加速微生物生長，縮短掛膜周期。對于需氧微生物生長促進劑，國內(nèi)外學(xué)者進行過一些研究，但報道不多，結(jié)論也不盡相同。為了尋求投加到填料中促進劑的種類及投量，進行了本項試驗。
2.1.2 試驗條件和方法
　　(1) 需氧微生物生長促進劑的初步選擇
　　在需氧生物處理過程中，某些離子是微生物細胞合成所必需的，適當?shù)暮靠梢栽鏊偌毎暮铣桑贿€有一些離子作為酶的激活劑，促進需氧生物化學(xué)反應(yīng)的進程[2]。根據(jù)現(xiàn)有資料，本試驗初步選擇A、B、C、D、E、F、G、H等八種離子進行小型試驗研究，通過改變進水中離子濃度的變化，檢測它們對需氧微生物的影響，從而確定其最佳濃度范圍。
　　(2) 需氧微生物活性參數(shù)指標的選擇
　　為了測定金屬離子對活性污泥的影響，試驗從生物活性這個方面進行考察。由于脫氫酶活性和耗氧速率具有極好的相關(guān)性、可增加試驗結(jié)果的可靠性，因此將這兩項指標作為本試驗衡量生物活性的參考指標。
　　(3) 試驗方法
　　本試驗分三個階段進行：第一階段為尋求各金屬離子的促進范圍，所以只考慮某一種離子在不同濃度下對活性污泥的活性影響，保證同一組金屬離子試驗條件的一致性，而并不強調(diào)組與組之間試驗條件的一致性；第二階段為確定各金屬離子在其最佳濃度條件下對活性污泥活性促進程度的大小順序；第三階段的正交試驗為確定不同種金屬離子同時作用于活性污泥，以尋求金屬離子之間的優(yōu)劣和重要性程度。
　　本試驗通過向進水中投加金屬鹽溶液來增加混合液中該金屬離子的濃度，考慮到Cl-、NO3--N在生活污水中廣泛存在，因此試驗時金屬離子分別以硝酸鹽或氯化物的形式加入，并分別換算成各自的離子濃度。
　　(4) 測試指標
　　① 判斷指標
　　以脫氫酶活性和耗氧速率反映微生物的活性；
　　以DO，pH值，水溫等作為管理指標。
　　試驗中的測試項目及方法見表1。
　　② 泥耗氧速率的測定和計算
　　首先從桶中取出污泥混合液放入離心管中離心，棄去上清液，加入清水，曝氣24h使其處于內(nèi)源呼吸狀態(tài)，然后再將內(nèi)源呼吸期的污泥離心，得到的沉淀污泥與預(yù)曝氣充氧飽和的人工廢水(COD值大約為100mg/L)以及一定量的金屬鹽溶液完全混合，一同倒入BOD瓶中，塞入DO探頭，密封保證瓶內(nèi)無氣泡，然后把BOD瓶放在磁力攪拌器上緩慢攪拌，待穩(wěn)定后記錄溶解氧DO隨時間t變化情況，根據(jù)式　　(1)可求得比污泥耗氧速率：
　　SOUR=(dDO/dt)/X (1)
　　式中：SOUR為比污泥耗氧速率，mgO2·L/(g MLSS·h)；dDO/dt為溶解氧隨時間的變化率，mgO2/h；X為混合液污泥濃度，gMLSS/L。

表1 測試項目及方法

項目 方法 項目 方法 DO 溶氧儀 水溫 溶氧儀 MLSS 103－105℃烘干重量法 脫氫酶 TTC－脫氫酶活性法[6] pH 精密pH試紙 耗氧速率 溶解氧測定儀法

2.1.3 需氧微生物生長促進劑的試驗結(jié)果
　　為了確定A、B、C、D、E、F、G、H等八種金屬離子對活性污泥活性的各自獨立影響，將它們以不同的濃度分別投加，然后測定活性污泥的比耗氧速率和脫氫酶活性。試驗結(jié)果表明：在A、B、C、D、E五種金屬離子在合適的濃度范圍內(nèi)均有促進作用：A離子最佳促進濃度為5mg/L；B離子最佳促進濃度為1mg/L；C離子最佳促進濃度為1mg/L；D離子最佳促進濃度為1mg/L；E最佳促進濃度為0.5 mg/L。
　　為了考查何種金屬離子對活性污泥活性的促進作用最強，在相同試驗條件下，將A、B、C、D、E等五種金屬離子分別按單離子試驗所確定的最佳濃度投加，然后測定活性污泥的耗氧速度，試驗結(jié)果為：金屬離子各自最佳投加濃度下，投加A離子比污泥耗氧速率最大。這說明A離子對活性污泥活性的促進作用最大，各離子促進作用的大小順序是：A＞D＞C＞E＞B。
　　進行幾種金屬離子同時作用于活性污泥的試驗研究，可以獲得金屬離子對其活性影響的主次順序及顯著性。根據(jù)第一階段的試驗，得到A、B、C、D、E等五種離子對活性污泥的耗氧速率及脫氫酶活性均有促進作用，因此在這階段中，將以該五種離子進行一組5因子2水平的正交對比試驗。本試驗選用L8(27)正交表，5因子的2水平均處于各離子對活性污泥的促進濃度范圍內(nèi)。
　　② 試驗結(jié)果及分析
　　為考察混合離子對活性污泥活性的影響，除正交試驗的8組外，同時還安排一組空白試驗，在相同的條件下測定比污泥耗氧速率，通過對試驗結(jié)果的極差分析表明：A離子是影響比污泥耗氧速率的主要因素，各因素的主次順序為A＞C＞D＞E＞B。同時可以確定正交試驗的最優(yōu)方案為A1B2C2D1E1：A(5mg/L)、B(3mg/L)、C(1mg/L)、D(0.5mg/L)、E(0.25mg/L)。
2.2 填料燒制試驗裝置及工藝程序
2.2.1 試驗裝置
　　填料燒制試驗裝置包括：強制式攪拌機、對輥造粒機、烘干機、煅燒旋轉(zhuǎn)爐、冷卻轉(zhuǎn)筒和燃料制備及輸送設(shè)備
2.2.2 工藝程序
　　填料燒制工藝按照以下程序進行：
　　　　原粒→造粒→燒制冷卻→破碎→篩分→成品
造粒過程：造粒時根據(jù)原粒具體含水率酌量加水，使原粒含水率保持在15～18%左右，原粒強度為將其從2米高度墜落后破碎率不大于5%。
　　燒制過程：本試驗采用旋轉(zhuǎn)爐進行生產(chǎn)性燒制試驗。整個燒制過程分為預(yù)熱、焙燒和冷卻三個階段。其中：原粒進入高溫區(qū)(溫度控制在950～1 150℃后發(fā)生軟化和液相化并具有適當?shù)恼扯龋M入冷卻段后原粒表面液相冷卻成一層堅硬的外殼，內(nèi)部呈蜂窩狀多孔結(jié)構(gòu)。整個燒制過程歷時58～60min。
　　破碎、研磨及篩分過程：將冷卻至室溫的填料半成品在搗碎機上破碎成5～20 mm的小顆粒，再利用標準篩將破碎的小顆粒篩分成所需粒徑的成品。
2.2.3 填料燒制的試驗安排
　　(1) 影響因素及水平的確定
　　骨料的選擇：根據(jù)已有的研究結(jié)論，本試驗選用粘土作為需氧微生物催化填料的骨料。采用的粘土呈小塊狀，顆粒較細，顏色為紅褐色，其主要礦物成分為含水高嶺土(Al2O3·2SiO2·nH2O)。選用粉煤灰作為摻和料。粉煤灰是以煤粉為燃料的火力發(fā)電廠排出的工業(yè)廢渣，利用得當可以化廢為利，降低填料的生產(chǎn)成本。
　　成孔劑的選擇：成孔劑是為了改善填料在燒制過程中的膨脹性能和孔結(jié)構(gòu)發(fā)育狀況而添加的物質(zhì)。為了適當控制粘土在加熱過程中的軟化溫度，調(diào)整膨脹所需氣體的生成速度和生成量，本試驗選定煤粉作為成孔劑，以改善填料在燒制過程中的膨脹性能和孔結(jié)構(gòu)發(fā)育狀況。
　　微生物生長促進劑的確定：根據(jù)前一階段試驗結(jié)果，按一定比例投加微生物生長促進劑A離子，并選擇當?shù)亓畠r的礦產(chǎn)資源M作為A離子的投加物。
　　影響因素及水平表：填料燒制的影響因素較為復(fù)雜。為了得到表面粗糙、輕質(zhì)并對附著微生物生長具有促進作用的填料，以粘土為骨料、粉煤灰為摻合料并加入適當比例的煤粉和微生物生長促進劑A離子。本次正交試驗選擇影響填料性能的主要因素為：促進劑、粉煤灰、煤粉。每個因素均選擇了三種水平，如表2示。

表2 正交試驗影響因素及水平表

影響因素水平 促進劑 (%)
(A) 粉煤灰(%)(B) 煤粉(%)(C) 1 0.5 0 2 2 0.75 3 4 3

1

6 6

2.3 填料物理特性分析
2.3.1 填料物理特性評價指標
　　根據(jù)填料在廢水處理生物膜法工藝中所起的作用，將評價顆粒填料性能優(yōu)劣的物理指標歸納如下：
　　（1）比表面積
　　比表面積指單位質(zhì)量填料顆粒具有的表面積總和，也可表示為單位體積堆積體積填料所具有的表面積總和。表面積的測定可采用氣體吸附法或液體吸附法，其中應(yīng)用最廣的是BET氮氣吸附法。一般而言，填料比表面積越大，對微生物的附著越有利。
　　（2）氦密度
　　氦密度也稱真密度，是指填料在絕對密實條件下單位體積填料的質(zhì)量，單位為(g/cm3)。本試驗采用美國Micromeritics公司的Autopycnometer1320型氦密度計。
　　（3）孔結(jié)構(gòu)分布
　　多孔填料表面微孔的形狀極不規(guī)則，孔隙的大小也各不相同，通常以孔容按孔徑大小分布作為描述微孔特征的重要參數(shù)，簡稱孔結(jié)構(gòu)分布。一般采用壓汞法測定。
　　（4）孔容
　　總孔容：總孔容是指由填料的壓汞數(shù)據(jù)計算得出，包括在測試壓力范圍內(nèi)測得的所有微孔之和。
有效孔容：綜合相關(guān)文獻的研究結(jié)果可知，當多孔填料的微孔孔徑為微生物尺寸的1～5倍時有最佳的生物量積累，而廢水生物處理中細菌大小一般為0.5～5.0μm，因此本研究將細菌最小尺寸1倍以上，即大于0.5μm微孔所對應(yīng)填料孔容之和定義為有效孔容。
　　（5）最優(yōu)孔容
　　最優(yōu)孔容是指微孔孔徑為細菌尺寸的1～5倍，即0.5～25.0 μm微孔所對應(yīng)填料孔容之和。
　　（6）均值孔徑
　　廢水處理填料首先應(yīng)該具有良好的生物膜附著性，這一性能與填料表面的孔徑分布密切相關(guān)。通常評價孔徑分布的參數(shù)有中值孔徑、平均孔徑和均值孔徑。其中中值孔徑是指對應(yīng)于50%時的孔徑，平均孔徑時通過一定的數(shù)學(xué)模型由總孔容和總孔比表面積推求得出的，這二者都很難突出孔徑分布的特征。而均值孔徑是指隨機變量孔徑r的數(shù)學(xué)期望，它表現(xiàn)了各級孔的權(quán)重影響，物理意義比較明確。通過對均值孔徑rp的計算以及對填料孔容隨孔徑變化情況的考察，可對填料的孔徑分布作出大致判斷，從而為從物理特性的角度評價填料的優(yōu)劣提供重要指標。
　　（7）機械強度
　　具有足夠的機械強度是理想填料必須具備的條件之一。磨損破碎率能全面評定填料的機械強度，一般采用機械振蕩法測定，即通過機械振動使填料顆粒相互碰撞、摩擦使之破碎和磨損，從而確定其破碎磨碎率。并按下列公式計算：
　　磨損率 (%)＝G1o100/100 (2)
　　破碎率(%)＝G2o100/100 (3)
　　磨損破碎率(%)＝(G1＋G2)o100％/100 (4)
　　式中：G1為2.5mm篩上填料質(zhì)量(g)；G2為2.5mm篩下填料的質(zhì)量(g)。
　　（8）松散容重
　　松散容重是指填料顆粒在自然堆積狀態(tài)下單位體積的重量，一般采用量筒法測定。根據(jù)公式（5）可計算松散容重：
　　　　　r0=G/V (5)
　　式中：r0為填料的松散容重(g/mL)；G為填料的質(zhì)量(g)；V為填料的體積(mL)。
　　松散容重是填料的考察指標之一，一般r0越小，填料越輕，對生物膜反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)荷載越小。
　　（9）空隙率
　　空隙率是指干燥狀態(tài)下反應(yīng)器內(nèi)填料層中空隙部分所占的體積與填料層體積之比。填料空隙率與其顆粒形狀、均勻程度以及壓實程度等有關(guān)。
2.3.2 填料物理特性測定結(jié)果及分析
　　填料物理特性測定結(jié)果為：有效孔容0.15～0.32mL/g、機械強度2.2%～4%、松散容重513～749kg/m3、比表面積0.64～1.70m2/g和粒徑5～10mm。
2.3.3 填料物理特性考察指標選擇
　　因此，本試驗將填料的機械強度、松散容重和有效孔容作為正交分析的考察指標，對填料物理特性進行分析，以辨析出各試驗因素對考察指標的影響重要性順序，篩選出優(yōu)質(zhì)或最佳填料配比。
　　（1）填料物理特性分析
　　采用極差分析法對正交試驗結(jié)果進行分析，即通過各因素極差大小確定其對指標影響的大小順序，用每一因素不同水平導(dǎo)致結(jié)果的最大值或最小值確定諸因素的最優(yōu)水平。
　　為了便于直觀分析，作因子水平與同水平平均值k值的關(guān)系圖，如圖1所示。同理，以松散容重和有效孔容考察指標對正交試驗進行極差分析，分析結(jié)果分別因子水平與k值的關(guān)系圖分別如圖2和3所示。

　　以機械強度為考核指標，如圖2.1所示，按極差大小排列各因素的影響大小順序為：煤粉>粉煤灰>促進劑。根據(jù)磨損破碎率越小越好的原則，可以得出最優(yōu)的一組水平為促進劑為0.5%，粉煤灰為0%，煤粉為2%。
　　以松散容重為考核指標，如圖2.2所示，按極差大小排列各因素的影響大小順序為：粉煤灰 > 促進劑> 煤粉。促進劑添加量為0.75%，粉煤灰為0%，煤粉為2%。
　　以有效孔容為考核指標，如圖2.3所示，按極差大小排列各因素的影響大小順序為：粉煤灰 > 煤粉 >促進劑。促進劑為0.75%，粉煤灰為0%，煤粉為4%。
　　綜上分析，填料較優(yōu)的一個水平組合，其各項指標分別為：松散容重513kg/m3，磨損破碎率1.1%，有效孔容0.3195mL/g。
2.4 影響填料燒制的因素分析
　　（1）爐內(nèi)溫度
　　填料燒制的關(guān)鍵技術(shù)是控制填料內(nèi)部微孔的發(fā)育，使之符合微生物附著對孔形態(tài)的要求，而填料內(nèi)部微孔的形成主要是焙燒時原粒內(nèi)部產(chǎn)生氣體而引起的。因此，燒制過程中轉(zhuǎn)爐溫度的控制是至關(guān)重要的一環(huán)。本研究結(jié)合轉(zhuǎn)爐設(shè)備的特點及小試的成果，確定爐內(nèi)焙燒溫度950~1150℃，采取緩慢升溫快速降溫的燒制方式，整個燒制過程歷時58～60min。
　　（2）原粒的含炭量
　　原粒的含碳量是填料配比的主要控制指標之一試驗表明：總含炭量在2~4%時，燒制的陶粒膨脹性能較優(yōu)。
　　（3）原粒質(zhì)量
　　原粒的含水率也是影響其質(zhì)量的重要因素。原粒中含水率越大，毛細管數(shù)量就越多，直徑越大，在進入爐體后的干燥過程中，毛細管的收縮幅度越大因此產(chǎn)生炸裂的可能性越大。本次試驗中原粒的含水率控制在15～18%為佳。

3、復(fù)合變速生物濾池過濾技術(shù)研究

3.1 復(fù)合變速生物濾池試驗裝置
3.1.1 復(fù)合變速生物濾池結(jié)構(gòu)
　　本試驗設(shè)備采用重慶大學(xué)城環(huán)學(xué)院研制開發(fā)的復(fù)合變速生物濾池，2002年7月開始圖紙設(shè)計，設(shè)備組裝，2003年4月全部安裝完畢。
　　復(fù)合變速生物濾池用鋼板焊接而成，整體為圓柱體，高2.05m，底面半徑1.40m，設(shè)計額定流量為200m3/d。內(nèi)部用一較小的圓臺體把裝置分為容積不等，上下面面積不等的內(nèi)外兩層配水系統(tǒng)進入，水從外層的底部，自下而上翻過隔板進入內(nèi)層，在自上而下經(jīng)底部的集水管流出。采用大阻力配水系統(tǒng)，預(yù)留氣管。因隔板為圓臺體，故上下底面面積不同，水的流速有所不同，內(nèi)外層裝載填料不一樣，作用機理不一樣，因而得名復(fù)合變速生物濾池。
　　復(fù)合變速生物濾池的結(jié)構(gòu)圖如圖4所示：

　　復(fù)合變速生物濾池具有以下特點：
　　（1）復(fù)合變速生物濾池采用變過水斷面的形式，有利于形成良好的過濾水力條件，防止或減少常規(guī)生物濾池普遍存在易于堵塞的問題，使工作周期延長，提高工作能力，有利于簡便管理。
　　（2）復(fù)合變速生物濾池采用復(fù)合濾料，以適應(yīng)凈化要求和過濾水力條件的特點，上向流段采用組合填料（軟性填料和半軟性填料），以避免在上向水流中顆粒性填料的流失。在下向流段采用顆粒填料有利于保證出水水質(zhì)。
3.1.2 復(fù)合變速生物濾池中的填料
　　本試驗采用的填料為：酶促填料、軟性填料和半軟性填料。
　　（1）組合填料（軟性填料和半軟性填料）
　　組合填料采用半軟性填料和軟性填料按一定的比例、間距組合而成。其填料理論表面積為120m2/m3，能增加掛膜的速率和掛膜量，提高氧的利用率；有較強的二次布水、布氣的能力；脫落的生物膜呈細碎狀，不易發(fā)生堵塞現(xiàn)象；長期使用不變形、掛膜、脫膜容易。
　　（2）酶促填料
　　該填料由重慶大學(xué)城環(huán)學(xué)院自行研制和擁有專利的一種新型酶促填料。酶促填料系以黏土為骨料、粉煤灰作摻和料、煤粉為發(fā)泡劑并加入適量的微生物生長促進劑經(jīng)高溫燒結(jié)而成。本試驗采用粒徑為2～5mm均質(zhì)酶促填料。
3.2 復(fù)合變速生物濾池過濾技術(shù)試驗條件
3.2.1 試驗現(xiàn)場
　　現(xiàn)場試驗在重慶市北碚污水處理廠進行。北碚污水處理廠規(guī)模5萬m3/d，采用改良型氧化溝工藝，占地面積20余畝，從2000年開始試運行，設(shè)計排放標準為一級標準。
3.2.2 原水的分析
　　試驗期間污水處理廠出水指標如表3所示：

表3 北碚污水處理廠進出水水質(zhì)

水質(zhì)指標 進 水 出 水 CODcr(mg/L) 55～125 30～64 BOD5(mg/L) 8.42～31.4 5.75～20.8 NH3-N(mg/L) 6.54～19.54 5.31～17.30 TP(mg/L) 0.86～1.75 0.58～1.70 pH 6.6～8.0 6.6～8.0 SS(mg/L) 37～95 10～31 色度(度) 64～256 32～64

　　從表3.2可以看出，污水處理廠進水BOD5、CODcr值偏低，BOD5︰N︰P＝10︰7︰1，有機物偏低，對氨氮和P的去除不利，因而效果不很理想。
3.2.3 試驗出水要求
　　從2003年5月，城市雜用水開始實行新的國家標準《城市雜用水水質(zhì)標準》，該標準定義城市雜用水為：用于沖廁、道路清掃、消防、城市綠化、車輛清洗、建筑施工的非飲用水。水質(zhì)標準主要指標如表4。COD、總磷指標值分別引自《生活雜用水水質(zhì)標準》（CJ 25.1-1989）和建設(shè)部標準《再生水回用于景觀水體的水質(zhì)標準》（2000年）

表4 水質(zhì)標準主要指標

序號 項 目 沖 廁 道路清洗 城市綠化 車輛沖洗 建筑施工 1 PH 6.0－9.0 2 濁度≤ 10 10 10 5 20 3 BOD5(mg/L) ≤ 10 15 20 10 15 4 氨氮(mg/L) ≤ 10 10 20 10 20 5 COD(mg/L) 50 50 50 50 6 總磷（以磷計） 人體非直接接觸2.0mg/L；人體非全身性接觸1.0mg/L；

3.2.4 試驗流程
　　試驗進水直接采用污水處理廠二沉池出水作為濾池進水，出水進入消毒池消毒后排向嘉陵江。其北碚污水處理廠工藝及試驗流程如圖5所示。

3.2.5 主要測試項目和方法
　　試驗中的測試項目、測試方法和儀器如表5所示：

表5 測試項目及方法

項 目 測試方法或儀器 測定頻率 1 水溫 0－100溫度計 1次/日 2 流量 轉(zhuǎn)子流量計 不定時 3 SS 103－105℃烘干重量法 1次/天 4 VSS 550℃灼燒減重法x 550℃灼燒減重法 不定時 5 PH值 PH計 1次/日 6 DO 碘量法 不定時 7 COD-SCOD HACH-COD測定儀 1次/日 8 BOD5 稀釋接種法 2次/周 9 NH3-N 納氏試劑光度法 1次/日 10 NO3--N 標準法 1次/日 11 NO2--N 12 P 分光光度法 1次/天 13 濁度 HACH儀器

3.3 復(fù)合變速生物濾池的啟動
　　試驗在2003年5月中旬開始，水溫在14～20℃之間，有利于填料掛膜，直接采用污水處理廠二沉池出水作為濾池進水，靜態(tài)培養(yǎng)兩天后，開始小流量進水，一周后，出水水質(zhì)明顯變好，十天后鏡檢，填料表面發(fā)現(xiàn)初態(tài)生物膜，逐步提高填料負荷，流量增加到120 m3/d后穩(wěn)定運行。從試驗開始，經(jīng)過四周左右的連續(xù)運行，反應(yīng)器各運行參數(shù)基本趨于穩(wěn)定，至此，濾池啟動成功。
　　第1~2日復(fù)合生物濾池對COD幾乎沒有凈化作用，隨時間的增加，COD去除率有所增加，而COD在10天以后，去除率逐漸穩(wěn)定，15天后，COD去除率穩(wěn)定在50％以上，結(jié)合鏡檢，認定濾池啟動基本成功。
3.4 運行參數(shù)與控制指標
3.4.1 運行參數(shù)
　　生物濾池在不同水力負荷條件下的運行參數(shù)，可根據(jù)濾池水頭損失和出水水質(zhì)要求而確定。如負荷過大，則導(dǎo)致運行周期過短，沖洗頻繁，將增加沖洗能耗，減少產(chǎn)水量，促使生物膜脫落加快，生物量減少，處理能力降低；運行周期過長，濾料中積留污泥過多，水頭損失大大增加，且失去活性的生物膜得不到及時更新，出水水質(zhì)變差。因此，適宜的運行參數(shù)對生物濾池的運行效果控制有十分重要的意義。
　　本試驗中以出水水質(zhì)或水頭損失的大小作為判斷濾池運行周期結(jié)束的標志。表6列出了工作流量、水力停留時間、平均濾速和水力負荷等工作參數(shù)。試驗流量為設(shè)計額定流量的60~120%。

表6 復(fù)合變速生物濾池運行參數(shù)

工作流量(m3/d) 120 160 200 240 HRT（min） 156 117 93.6 78 水力負荷m3/ m3濾料.d） 22.02 29.36 36.69 44.03 表面負荷（m3/ m2oh） 3.3 4.3 5.4 6.5

注：濾池有效容積為12.90m3，濾料堆積容積為5.45m3：濾池凈容積為7.45m3）

3.4.2 運行控制指標
　　根據(jù)污水再生利用的有關(guān)標準和復(fù)合變速生物濾池的工藝特點，提出運行控制水質(zhì)指標為：COD20mg/L、BOD510mg/L、濁度5NTU和NH3-N10mg/L。
3.5試驗結(jié)果與分析
3.5.1 對COD的去除效果
　　各流量水平下COD去除效果比較見圖6示。

　

　　隨著流量的改變，濾池對有機物的去除不同，從圖6中我們可以得到在不同流量下COD的去除有以下特點：
　　(1) 不同流量水平下COD去除率都在35%以上，出水COD在20mg/L以下，都能達到國家城市雜用水標準。
　　(2) 隨著流量的加大，有機負荷增加，有機物的去除率呈明顯的下降趨勢，特別在240m3/d時，有機負荷達到極限，COD去除率有較大的下降，運行周期僅有兩天。
3.5.2 對NH3-N的去除效果
　　濾池去除NH3-N的試驗結(jié)果（兩個周期統(tǒng)計匯總）如表7所示：

表7 濾池去除NH3-N的試驗結(jié)果

流量200m3/d 水質(zhì)指標：NH3-Nmg/L

濾層

時間

污水廠二級出水 上向流（軟性填料） 上向流去除率% 下向流（酶促填料） 總?cè)コ? 進水 40cm 80cm 40cm 80cm（出水） 120m3/d 范圍 2.31-12.65 2.45-15.9 2.08-13.2 1.95-12.6 9.2 1.63-10.7 1.08-6.99 37. 均值 6.71 7.43 6.97 6.75 5.38 4.66 160m3/d 范圍 2.67-15.68 3.84-12.87 2.68-12.60 2.49-12.49 11.2 2.32-11.77 2.19-11.17 24.1 均值 8.58 8.45 7.68 7.51 6.98 6.41 200m3/d 范圍 1.22-15.88 3.39-10.56 2.65-10.71 2.47-10.83 11.9 2.30-10.94 2.06-10.29 28.6 均值 8.16 8.23 7.46 7.25 6.42 5.88 240m3/d 范圍 1.89-13.54 1.86-14.50 1.72-15.13 13.5-22.6 1.8 11.9-18.1 9.6-16.4 20.2 均值 7.01 7.18 7.29 7.05 6.36 5.73

　　從表7和圖7可知，濾料在120～240 m3/d水力負荷下對氨氮的去除效果具有以下特點：
　　（1）濾池進水的氨氮變化較大，最大為16.88 mg/L，最小為1.22 mg/L，但濾池出水都能達到回用水標準10.0 mg/L；
　　（2）濾料對氨氮的去除率20.2～37.3%，下向流對氨氮的去除貢獻較大，上向流對氨氮的去除規(guī)律性不強。
3.5.3 對P去除的效果
　　濾池去除P的試驗結(jié)果（兩個周期統(tǒng)計匯總）如表8所示：

表8 濾池去除P試驗結(jié)果

流量120～240m3/d 水質(zhì)指標：P mg/L

濾層

時間

污水廠二級出水 上向流（軟性填料） 上向流去除率% 下向流（酶促填料） 總?cè)コ? 進水 40cm 80cm 40cm 80cm（出水） 120m3/d 范圍 0.89-1.53 0.93-1.58 0.87-1.36 0.81-1.21 25.6 0.73-1.17 0.68-1.00 33.3 均值 1.15 1.17 1.09 0.87 0.82 0.78 160m3/d 范圍 0.45-1.29 0.48-1.41 0.43-1.33 0.36-1.17 17.7 0.29-10.5 0.27-0.98 34.4 均值 0.89 0.96 0.87 0.79 0.71 0.63 200m3/d 范圍 0.89-1.22 0.89-1.35 0.87-1.23 0.79-1.28 12.8 0.73-1.07 0.70-0.97 24.5 均值 0.98 1.09 1.01 0.95 0.91 0.82 240m3/d 范圍 0.76-1.15 0.81-1.23 0.75-1.14 0.69-1.08 9.2 0.62-1.01 0.61-0.92 21.9 均值 0.94 0.98 0.92 0.89 0.84 0.77

　　從表8可知，可以看出濾料在120～240m3/d水水力負荷下對P的去除，具有以下特點：
　　（1）濾池進水P的濃度都較高，最大為1.58mg/L，平均也達到1.0mg/L以上，且波動較大，但在運行周期內(nèi)經(jīng)濾池生物處理后仍可達到回用水標準；
　　（2）下向流對P的去除率與上向流對P的去除率總體上呈下降趨勢
3.5.4 對BOD5的去除效果
　　在流量為200m3/d的水平下，生物濾池對BOD5的去除效果如圖8和9所示：
　　從圖8和9中可看出，復(fù)合變速生物濾池對BOD5的去除效果較好，出水穩(wěn)定在7mg/L以下，達到了城市雜用水的要求；周期開始BOD5的去除率較大，隨著時間的增加，填料逐漸堵塞，發(fā)生泄漏，出水BOD5變大，去除率減小，在整個運行周期內(nèi)出水指標都能達到要求。

3.5.5 對SS和濁度的去除效果
　　在整個試驗過程中，濾池對SS的去除效果良好。濾后出水濁度穩(wěn)定在0.9以下，在流量為200m3/d的水平下濁度去除效果如圖10所示（兩個周期值平均）：

表9 生物濾池去除濁度試驗結(jié)果
流量200m3/d 水質(zhì)指標：濁度mg/L

濾層時間/D 上向流（軟性填料） 上向流去除率% 下向流（酶促填料） 總?cè)コ? 進水 40cm 80cm 40cm 80cm（出水） 1 4.309 2.897 3.059 29% 0.698 0.672 84% 2 3.911 2.571 2.681 31% 0.702 0.647 83% 3 3.272 2.362 2.512 23% 0.655 0.622 81% 4 4.538 3.758 3.928 13% 0.813 0.695 85% 平均值 4.005 2.897 3.045 24% 0.717 0.659 84%

　　在整個試驗過程中，出水SS幾乎檢測不到，證明濾池對SS的去除效果良好。濾后濁度穩(wěn)定在0.9以下，在200m3/d流量水平下濁度去除效果如圖10和圖11所示：

　　從圖10和圖11可以得知，在流量為200m3/d的水平下濾池對濁度去除有以下特征：
　　(1) 濾池對濁度的去除效果很好，去除率達到80％以上，出水濁度穩(wěn)定在0.9NTU以下，遠遠低于城市雜用水標準。
　　(2) 上向流對濁度去除效果一般，下向流對濁度去除貢獻較大，可見酶促填料對SS的截留、吸附效果比較好。

4 初步結(jié)論與下階段擬開展的工作

4.1 初步結(jié)論
　　（1）通過正交試驗，獲得了優(yōu)化配比及燒制條件，所生產(chǎn)的填料具有良好的機械強度、松散容重和有效孔容性能。將總含水率控制在15～18%。燒制過程緩慢升溫、快速降溫，可保證填料原粒質(zhì)量。
　　（2）在試驗條件下，復(fù)合變速生物濾池對COD、BOD、NH3-N、P和濁度均具有良好的凈化效果，出水水質(zhì)達到控制指標要求；具有良好的防堵塞功能，濾池工作周期較長，降低能耗。
4.2 下階段擬開展的工作
　　在前述研究的基礎(chǔ)上，在下階段擬開展的研究工作：
　　（1）擴大適應(yīng)水質(zhì)范圍試驗，為復(fù)合變速生物濾池擴大應(yīng)用范圍和適用條件，提供可靠依據(jù)；
　　（2）進行復(fù)合變速生物濾池去除重金屬效果試驗；
　　（3）進行濾池的反洗研究。