環(huán)境污染與防治第33卷第2期2011年2月生物砂濾池處理生活污水的研究*寧宇李義連#陳華清(中國地質(zhì)大學(xué)(武漢)環(huán)境學(xué)院,湖北武漢430074)摘要選取不同粒徑的河砂 及填料厚度構(gòu)筑生物砂謔池,研究生活污水主要污染組分的去除規(guī)律。結(jié)果表明:(1)COD的去除主要發(fā)生在生物砂濾池的中上部.在距填料頂部1.1 m處,COD已降到較低的水平,實(shí)驗(yàn)第1.3.7天COD分別為67.07.52.63.74. 67 mg/L.COD去除率分別達(dá)到64. 98% .69. 05%及68. 12% ;填料粒徑對(duì)COD去除效果的影響不明顯。(2)實(shí)驗(yàn)初期,填料粒徑對(duì)NHT -N的去除效果的影響不明顯.實(shí)驗(yàn)第I天混砂、粗砂生物砂濾池對(duì)NHT -N的去除事分別為26. 91%.21. 28%,差異較小:實(shí)驗(yàn)中后期.填料粒徑的影響8益顯著,其中混砂生物砂濾池運(yùn)行第8天出水NH-N為3.36mg/L,粗砂生物砂濾池運(yùn)行第16天出水NHT -N為2.47 mg/L. (3)生物矽濾池在實(shí)驗(yàn)中前期財(cái)TP的去除效果較好.去除率最高可達(dá)到95%以上.混砂生物矽墟池對(duì)TP的去除效果略好于細(xì)砂生物砂濾池。(4)有機(jī)質(zhì) 主要累積在距填料頂部0~0.2 m處,由上至下總體逐步降低,其中細(xì)砂生物砂濾池0.2~0.5 m處有機(jī)質(zhì)較低,在大于0.5 m處有機(jī)質(zhì)略繳上升.且其有機(jī)質(zhì)相對(duì)于粗砂更高。關(guān)鍵詞生物砂濾池 粒徑填料厚度去除規(guī)律Experimental study on wastewater treatment by biological sand filter NING Yu,LI Yilian ,CHEN Huaqing. (Schoolof Environmental Studies ,China University of Geosciences , Wuhan Hubei 430074)Abstract: Series of biological sand filter were constructed by river sand of different grain diameters. The ob-tained filters were applied for the treatment of domestic sewage , and the removal rules of main pollutants were investi-gated. The results showed that most of COD was removed in the in the middle and upper part of the filter , the removalrate of COD at 1.1 m depth was about 70%. The diameter of river sand had ltte influence on COD removal, while itsinfluence on ammonia nitrogen removal, The removal rate of ammonia nitrogen in mixed river sand and coarse sandwas only 26. 91% and 21. 28% on the first day, respectively. In the middle and late stage, the diameter of river sandplays an increasingly important role, the effluent concentration of ammonia nitrogen was 3. 36 mg/L after 8 days inmixed river sand filter and 2. 47 mg/L after 16 days in coarse sand filter , respectively. During the preliminary stage,the biological sand filter presented perfect performance on TP removal with the removal rate of more than 95%. How-ever ,the removal rate decreased continuously as the phosphorus adsorption of river sand reached saturation state grad-ually. Finally,the phosphorus accumulated at the bottom of filter and then discharged from the filter. The organic mat-ters were mainly accumulated at upper of biological sand filter (0-0. 2 m). In fine sand filter ,he content of organic mat-ters was lowest at depth of 0. 2-0. 5 m and increased slightly below 0.5 m.Keywords: biological sand filter grain diameter; filing thickness; removal rules-直以來,生活污水排放量的持續(xù)增長(zhǎng)是造成 物濃度(+6]。全球水質(zhì)不斷惡化的重要原因。世界各國對(duì)生活污目前,污水土地處理技術(shù)的實(shí)驗(yàn)研究主要集中水大量排放所引起的水體富營養(yǎng)等水環(huán)境問題歷來在污染物的去除效果和去除機(jī)制上,對(duì)不同污染物非常重視,并致力于新型污水處理技術(shù)的開發(fā)研究。去除發(fā)生的具體位置、去除發(fā)生的初始時(shí)間沒有進(jìn)生物砂濾池作為污水土地處理技術(shù)的一種,具行較為深入的研究,且對(duì)填料粒徑影響不同污染物有簡(jiǎn)單、高效、低能耗等特點(diǎn),在我國有著廣泛的應(yīng)去除效果的具體方式,污染物在土地處理中產(chǎn)生累用前景(13]。生物砂濾池去除污染物的主要機(jī)制為:積效應(yīng)并不斷隨污水流向遷移的現(xiàn)象也沒有過多的污水中的污染物在流經(jīng)生物砂濾池的過程中被填料探討。上述因素在確定污水土地處理中構(gòu)筑物深以及附著于填料表面的生物膜截留,并在生物降解度、系統(tǒng)穩(wěn)定時(shí)間及停用恢復(fù)時(shí)間上具有較大的意及填料交換吸附、表面沉淀的共同作用下,降低污染義,因此有必要對(duì)其進(jìn)行進(jìn)一步的研究。第一作者:寧宇.男,1985 年生.博士研究生.主要從事水污染控制技術(shù)研究.遁訊作者.●胡北省重大科技攻關(guān)項(xiàng)目(No. 2006AA305A01)。60●寧字籌生物矽濾池 處理生活污水的研究筆者以生物砂濾池為研究對(duì)象,采用間歇式布待生物砂濾池排出填料孔隙所含污水進(jìn)行生物砂濾水方式進(jìn)水,通過對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析.研究污染物池復(fù)氧的階段)時(shí)間之比(濕干比)布水。在實(shí)驗(yàn)運(yùn)在不同生物砂濾池中的去除規(guī)律、達(dá)到最佳去除狀行初期,污染物的去除主要是通過物理化學(xué)作用(如態(tài)時(shí)所需的時(shí)間及存在的問題，從而確定填料厚填料的截留、交換吸附及表面沉淀等)來完成的;當(dāng)度、粒徑等參數(shù),為生物砂濾池的實(shí)驗(yàn)改進(jìn)提供理生物砂濾池運(yùn)行穩(wěn)定后,微生物在填料表面生長(zhǎng)掛論依據(jù)。膜,進(jìn)一步截留污染物,不斷地對(duì)其進(jìn)行生物降解以1材料與方法用于自身新陳代謝,并結(jié)合上述物理化學(xué)作用,實(shí)現(xiàn)降低污染物濃度的目的(17.8]。1.1實(shí)驗(yàn)材料生物砂濾池為有機(jī)玻璃柱;填料為不同粒徑的實(shí)驗(yàn)過程中每天定時(shí)取樣,監(jiān)測(cè)指標(biāo)主要包括河砂(見表1),取自武漢某建筑工地。所用生活污pH .COD、NHt-N、TP、有機(jī)質(zhì)及水力負(fù)荷。具體水取自中國地質(zhì)大學(xué)(武漢)東區(qū)經(jīng)化糞池之后的總方案如下:(1)選取混砂構(gòu)筑填料厚度分別為1.0、2.0m的生物砂濾池,設(shè)置不同取樣深度的取樣點(diǎn)，排污口出水,具體水質(zhì)見表2,可生化性較高。定點(diǎn)定時(shí)取樣,研究填料厚度對(duì)COD去除效果的影1填料及其粒徑Table 1 nfiltration media and grain diameter響;(2)選取混砂及粗砂構(gòu)筑填料厚度為1.0 m的生填料混砂細(xì)砂粗砂物砂濾池,控制水力負(fù)荷為1.5~2.0 m*/(m'●d),粒徑/mm<22~5定時(shí)取樣,研究填料粒徑對(duì)COD及NHT-N去除效注，"混砂未籍分。果的影響;(3)選取混砂及細(xì)砂構(gòu)筑填料厚度為1.01.2實(shí)驗(yàn)方法m的生物砂濾池，研究填料粒徑對(duì)TP去除效果的實(shí)驗(yàn)裝置示意圖見圖1。生物砂濾池底部為50影響;(4)選取細(xì)砂構(gòu)筑填料厚度為1.0 m的生物砂mm礫石墊層,以防填料顆粒堵塞出水管;上部為50濾池,在運(yùn)行2周后分別測(cè)定有機(jī)質(zhì)含量，研究有機(jī)mm礫石層,用于均勻布水;頂部預(yù)留100 mm以防質(zhì)在生物砂濾池內(nèi)的累積規(guī)律。生活污水漫出。1.3 主要測(cè)試項(xiàng)目及分析方法6100mmCOD按照《水質(zhì)化學(xué)需氧量的測(cè)定重鉻酸鹽50mm法》(GB 11914-89)中標(biāo)準(zhǔn)方法測(cè)定;NH7-N按照《水質(zhì)銨的測(cè)定納氏試劑比色法)(GB 7479-89)中標(biāo)準(zhǔn)方法測(cè)定;TP按照《水質(zhì)總磷的測(cè)定鑰酸銨分光光度法》(GB 11893-89)中標(biāo)準(zhǔn)方法測(cè)定;有機(jī)質(zhì)采用灼燒法測(cè)定。2結(jié)果與討論2.1填料厚度對(duì)COD去除效果的影響s0 mm填料厚度對(duì)COD去除效果的影響見圖2,其中數(shù)據(jù)間斷區(qū)域?yàn)橐蛏锷盀V池出水量減少而設(shè)置的堵塞恢復(fù)期。生物砂濾池形成堵塞主要是由填料截圈1實(shí)驗(yàn)裝置示意圄Fig. 1 Schematic diagram of expermental equipment留的污染物不斷累積及微生物的生長(zhǎng)繁殖堵塞填料1-生活污水:2-蠕動(dòng)襲:3- 礫有層:4填料:5-礫石墊層16-漫流管17-取樣口18一出水孔隙造成的,可采取暫停處理生活污水,令生物砂濾生物砂濾池對(duì)污染物的去除是-個(gè)復(fù)雜的物理池中微生物持續(xù)降解累積的污染物,并在缺少營養(yǎng)化學(xué)及生物過程。實(shí)驗(yàn)采用間歇式進(jìn)水方式,以6 h源的情況下分解利用由于更新?lián)Q代所聚集的微生物為一布水周期，選擇合適進(jìn)水時(shí)間與落千(暫停進(jìn)水絮體，從而緩慢恢復(fù)生物砂濾池 的滲透性9]。一般。表2生活污水水質(zhì)Table2 Raw water qualitypHSS/(mg.1.-1)COD/(mg.F.D)NH -N/(mg.L DTP/(mg.l. )6.5~8.540~11050~40025~402~7環(huán)境污染與防治第33卷第2期2011年2月一進(jìn)水-- 2.0 m生物砂濾池出水→1.0性物砂濾池出水于1.1m的生物砂濾池段對(duì)COD的去除很少。另外,COD在生物砂濾池中隨實(shí)驗(yàn)時(shí)間的推移存300臺(tái)29E在累積的現(xiàn)象,實(shí)驗(yàn)第3天在0.5 m處出現(xiàn)COD150pM\的累積峰,實(shí)驗(yàn)第7天COD的累積峰往下運(yùn)移到0.7 m處?！?01520253035404550該實(shí)驗(yàn)進(jìn)-步證明,COD的去除主要發(fā)生在生實(shí)驗(yàn)時(shí)間/d圈2填料厚度對(duì)COD去除效果的影響物砂濾池的中，上部，即距填料頂部小于1.1 m處，F(xiàn)ig.2 Effect of filter thickness on COD removal fficiency而在長(zhǎng)時(shí)間處理生活污水的過程中,由于截留在填堵塞恢復(fù)期為7~10d左右。料中的有機(jī)物未能完全及時(shí)降解以及生物膜的更新根據(jù)水力負(fù)荷,生活污水在1.0.2.0 m的生物砂脫落,使得生物砂濾池中COD累積，并受生活污水濾池中水力停留時(shí)間分別為4. 71~23.55、6.41~的水力沖刷而向下運(yùn)移。30.14 h。從圖2可以看出,實(shí)驗(yàn)初期,2種生物砂濾2.3 填料粒徑對(duì)COD去除效果的影響池出水COD隨進(jìn)水COD而變化,隨著實(shí)驗(yàn)時(shí)間的推填料粒徑對(duì)COD去除效果的影響見圖4,其中移,2種生物砂濾池出水COD趨于穩(wěn)定,保持在50混砂生物砂濾池在實(shí)驗(yàn)第5天開始監(jiān)測(cè)。從圖4可mg/L以下,具有一定的抗污染負(fù)荷沖擊能力。2種以看出,填料粒徑對(duì)COD去除效果的影響總體不生物砂濾池出水C0D的差別很小。對(duì)COD的去除效明顯。實(shí)驗(yàn)初期，粗砂對(duì)COD的去除能力存在一果相近,達(dá)到《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn))(GB個(gè)逐步提升的階段,實(shí)驗(yàn)第1天COD去除率僅為18918- -2002)中- -級(jí)A類標(biāo)準(zhǔn)(50 mg/L)。38.66%,而混砂對(duì)COD去除率在監(jiān)測(cè)第1天(即實(shí)產(chǎn)生上述現(xiàn)象的原因?yàn)?生物砂濾池對(duì)COD驗(yàn)第5天)已達(dá)到68. 84%,并穩(wěn)定在該水平左右;的去除主要通過生物降解實(shí)現(xiàn),且以好氧菌為主，實(shí)驗(yàn)中期,不同粒徑的河砂對(duì)COD的去除效果相而生物砂濾池的復(fù)氧主要發(fā)生在中上部,好氧菌差不大;實(shí)驗(yàn)后期，粗砂對(duì)COD的去除率相對(duì)于混主要富集于此,因此COD的去除主要發(fā)生在生物砂有所下降。2種生物砂濾池的水力負(fù)荷隨著實(shí)驗(yàn)砂濾池的中上部。2.0m的生物砂濾池中雖然生時(shí)間的推移總體逐漸降低,混砂生物砂濾池在監(jiān)測(cè)活污水水力停留時(shí)間較長(zhǎng),但1.0m以下生物砂第12天(即實(shí)驗(yàn)第16 天)水力負(fù)荷降低到0.45濾池段由于復(fù)氧困難,對(duì)COD的去除能力有限，m'/(m2●d),粗砂生物砂濾池在實(shí)驗(yàn)第20天后水因此1.0、2.0 m的生物砂濾池對(duì)COD的去除效力負(fù)荷降低到0.51 m2/(m2●d)。果相差不大[10]?！辔鵆OD去除辜十混砂水力負(fù)荷-←粗砂COD去除率一粗砂水力負(fù)荷, 102.2 COD 去除效果隨取樣深度變化趨勢(shì)選取混砂構(gòu)筑填料厚度為2.0 m的生物砂濾f 70池,并設(shè)置多個(gè)不同取樣深度的取樣口,分別于實(shí)驗(yàn)升60第1.3.7天監(jiān)測(cè)各取樣口出水COD,結(jié)果見圖3。4050 F一第1天2000 A。第3天0246810121416182022242I50一第天00圈4填料粒徑對(duì)COD去除效果的影響Fig.4 Effect of filter grain size on COD removal0204060.81+十產(chǎn)生上述現(xiàn)象的原因?yàn)?實(shí)驗(yàn)初期,生物砂濾池取樣深度/m圈3 COD 去除效果在生物殆濾池中隨取樣溧度的變化趨勢(shì)中微生物量較少,COD的去除主要是通過填料的吸Fig.3 COD removal efficiency at different depths附截留來完成，混砂由于粒徑分布不均勻,形成的孔注:以填料頂部為取樣深度原點(diǎn),圖7同。隙小而致密.具有較強(qiáng)的吸附截留能力,因而其對(duì)從圖3可以看出，在距填料頂部1.1 m處，COD的去除效果好于粗砂;當(dāng)運(yùn)行穩(wěn)定后,微生物COD已降到較低的水平,實(shí)驗(yàn)第1.3.7天COD分在填料表面生長(zhǎng)繁殖,形成由菌膠團(tuán)和大量真菌菌別為67.07、52.63、74. 67 mg/L,COD去除率分別絲組成的生物膜,并不斷分解污染物用于自身新陳達(dá)到64.98% .69.05%及68. 12%,距填料頂部大代謝.持續(xù)降低污水中的COD,這一階段生物降解寧宇籌生物砂濾池處理 生活污水的研究對(duì)COD的去除起主要作用,粒徑大小及分選對(duì)去驗(yàn)時(shí)間的推移，兩者對(duì)TP的去除效果總體降低。除效果的影響不明顯;實(shí)驗(yàn)后期，截留的污染物持續(xù)生物砂濾池對(duì)TP具有較強(qiáng)的抗污染負(fù)荷沖擊能累積以及微生物生長(zhǎng)繁殖形成的絮體不斷聚集,緩力,對(duì)進(jìn)水TP變化的反應(yīng)具有延時(shí)性,出水TP的慢堵騫填料孔隙,粒徑分布不均勻的混砂由于粒間峰值大約出現(xiàn)在進(jìn)水污染負(fù)荷峰值后3 d左右,且孔隙小.滲透性降低的速度快,導(dǎo)致生物砂濾池水力混砂出水TP的峰值較高。負(fù)荷降低,COD去除率上升1[1] ,粗砂在水力負(fù)荷降低后,COD去除率同樣顯著上升。十進(jìn)水--撰砂出水2.4填料粒徑對(duì) NHt-N去除效果的影響填料粒徑對(duì)NHt-N去除效果的影響見圖5.從圖5可以看出,實(shí)驗(yàn)初期,填料粒徑對(duì)NHt -N去除效果的影響不明顯,實(shí)驗(yàn)第1天混砂、粗砂生物砂濾池對(duì)NHt-N的去除率分別為26. 91%及實(shí)驗(yàn)時(shí)間d21.28%,差異較小;隨著實(shí)驗(yàn)時(shí)間的推移,各生物團(tuán)6填料粒徑對(duì) TP去除效果的影響Fig.6 Elfect of filter grain size on TP removal eficiency砂濾池對(duì)NHT-N的去除率逐漸提高;實(shí)驗(yàn)中后產(chǎn)生.上述現(xiàn)象的原因?yàn)?TP的去除主要是通期,填料粒徑的影響日益顯著,混砂出水NHt-N過填料的物理吸附以及與其中的某些礦物(Ca、在實(shí)驗(yàn)第8天為3.36 mg/L,達(dá)到GB 18918-Mg、Fe、Al等)形成沉淀實(shí)現(xiàn)[)],微生物對(duì)TP的去2002中一級(jí)A類標(biāo)準(zhǔn)(5 mg/L),而粗砂出水在實(shí)除效果有限,因此實(shí)驗(yàn)初期生物砂濾池可對(duì)TP達(dá)驗(yàn)第16天為2. 47 mg/L,前者對(duì)NHt-N的去除到很好的去除效果。經(jīng)過一段時(shí)間的運(yùn)行,填料對(duì)效果好于后者。TP的吸附逐漸達(dá)到飽和,對(duì)TP的去除效果逐步降低,而且生物砂濾池中累積的磷會(huì)在生活污水的水進(jìn)水力沖刷作用下不斷向下遷移直至排出池外,從而導(dǎo)-?；焐俺鏊?F一+相砂出水致出水TP突然上升，而混砂由于形成的孔隙小且致密，累積的磷更多,因此其隨混砂出水排出時(shí)形成012345678910111213141516的峰值較高。實(shí)驗(yàn)時(shí)間/d2.6有機(jī)質(zhì)隨取樣深度的 變化趨勢(shì)圖5填料粒徑對(duì) NHt -N去除效果的影響生物砂濾池中不同取樣深度有機(jī)質(zhì)(以質(zhì)量分Fig. 5 Effect of fiter grain size on NH; -N removal產(chǎn)生上述現(xiàn)象的原因?yàn)?生物砂濾池對(duì)數(shù)計(jì))的變化見圖7。從圖7可以看出,有機(jī)質(zhì)主要:NH;-N的去除主要是通過硝化作用實(shí)現(xiàn),填料的累積在距填料頂部0~0.2 m處,由上至下總體逐吸附截留作用對(duì)NH:'-N去除的貢獻(xiàn)非常小[12],步降低,其中細(xì)砂生物砂濾池距填料頂部0.2~0.5而硝化菌的生長(zhǎng)富集需要較長(zhǎng)的時(shí)間,因此實(shí)驗(yàn)m處有機(jī)質(zhì)較低,在距填料頂部大于0.5 m處有機(jī):初期各生物砂濾池對(duì)NHt-N的去除效果較差;混質(zhì)略微上升，且其有機(jī)質(zhì)相對(duì)于粗砂更高。砂由于粒徑分布不均勻,顆粒間形成的孔隙小,微十-細(xì)砂生物在其間生長(zhǎng)掛膜相對(duì)容易,硝化菌的生長(zhǎng)富40F集所需的時(shí)間相對(duì)較短,因此混砂出水NH: -N相00.10.203040.50.60.70.8對(duì)于粗砂能更快地達(dá)到GB 18918-2002中- -級(jí)取樣深度/mA類標(biāo)準(zhǔn)。圈7生物砂濾池中不同取樣深度有機(jī)質(zhì)的變化Fig.7 ()rganic content at different depths2.5 填料粒徑對(duì)TP的去除效果的影響of biological sand fiter填料粒徑對(duì)TP去除效果的影響見圖6。從圖產(chǎn)生上述現(xiàn)象的原因?yàn)?大部分的有機(jī)質(zhì)在生6可以看出,2種生物砂濾池在實(shí)驗(yàn)中前期對(duì)TP的物砂濾池頂部被截留.流經(jīng)距填料頂部0.2~0.5 m去除效果較好,去除率最高可達(dá)到95%以上,混砂處時(shí)含量較低,且該段易于復(fù)氧,好氧微生物的生物生物砂濾池對(duì)TP的去除效果略好于細(xì)砂;隨著實(shí)降解能力強(qiáng),因此該段有機(jī)質(zhì)最低。在距填料頂部