生物砂滤池处理生活污水的研究

环境污染与防治第33卷第2期2011年2月生物砂滤池处理生活污水的研究*宁宇李义连#陈华清(中国地质大学(武汉)环境学院,湖北武汉430074)摘要选取不同粒径的河砂 及填料厚度构筑生物砂谑池,研究生活污水主要污染组分的去除规律。结果表明:(1)COD的去除主要发生在生物砂滤池的中上部.在距填料顶部1.1 m处,COD已降到较低的水平,实验第1.3.7天COD分别为67.07.52.63.74. 67 mg/L.COD去除率分别达到64. 98% .69. 05%及68. 12% ;填料粒径对COD去除效果的影响不明显。(2)实验初期,填料粒径对NHT -N的去除效果的影响不明显.实验第I天混砂、粗砂生物砂滤池对NHT -N的去除事分别为26. 91%.21. 28%,差异较小:实验中后期.填料粒径的影响8益显著,其中混砂生物砂滤池运行第8天出水NH-N为3.36mg/L,粗砂生物砂滤池运行第16天出水NHT -N为2.47 mg/L. (3)生物矽滤池在实验中前期财TP的去除效果较好.去除率最高可达到95%以上.混砂生物矽墟池对TP的去除效果略好于细砂生物砂滤池。(4)有机质 主要累积在距填料顶部0~0.2 m处,由上至下总体逐步降低,其中细砂生物砂滤池0.2~0.5 m处有机质较低,在大于0.5 m处有机质略缴上升.且其有机质相对于粗砂更高。关键词生物砂滤池 粒径填料厚度去除规律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-直以来,生活污水排放量的持续增长是造成 物浓度(+6]。全球水质不断恶化的重要原因。世界各国对生活污目前,污水土地处理技术的实验研究主要集中水大量排放所引起的水体富营养等水环境问题历来在污染物的去除效果和去除机制上,对不同污染物非常重视,并致力于新型污水处理技术的开发研究。去除发生的具体位置、去除发生的初始时间没有进生物砂滤池作为污水土地处理技术的一种,具行较为深入的研究,且对填料粒径影响不同污染物有简单、高效、低能耗等特点,在我国有着广泛的应去除效果的具体方式,污染物在土地处理中产生累用前景(13]。生物砂滤池去除污染物的主要机制为:积效应并不断随污水流向迁移的现象也没有过多的污水中的污染物在流经生物砂滤池的过程中被填料探讨。上述因素在确定污水土地处理中构筑物深以及附着于填料表面的生物膜截留,并在生物降解度、系统稳定时间及停用恢复时间上具有较大的意及填料交换吸附、表面沉淀的共同作用下,降低污染义,因此有必要对其进行进一步的研究。第一作者:宁宇.男,1985 年生.博士研究生.主要从事水污染控制技术研究.遁讯作者.●胡北省重大科技攻关项目(No. 2006AA305A01)。60●宁字筹生物矽滤池 处理生活污水的研究笔者以生物砂滤池为研究对象,采用间歇式布待生物砂滤池排出填料孔隙所含污水进行生物砂滤水方式进水,通过对实验数据的分析.研究污染物池复氧的阶段)时间之比(湿干比)布水。在实验运在不同生物砂滤池中的去除规律、达到最佳去除状行初期,污染物的去除主要是通过物理化学作用(如态时所需的时间及存在的问题，从而确定填料厚填料的截留、交换吸附及表面沉淀等)来完成的;当度、粒径等参数,为生物砂滤池的实验改进提供理生物砂滤池运行稳定后,微生物在填料表面生长挂论依据。膜,进一步截留污染物,不断地对其进行生物降解以1材料与方法用于自身新陈代谢,并结合上述物理化学作用,实现降低污染物浓度的目的(17.8]。1.1实验材料生物砂滤池为有机玻璃柱;填料为不同粒径的实验过程中每天定时取样,监测指标主要包括河砂(见表1),取自武汉某建筑工地。所用生活污pH .COD、NHt-N、TP、有机质及水力负荷。具体水取自中国地质大学(武汉)东区经化粪池之后的总方案如下:(1)选取混砂构筑填料厚度分别为1.0、2.0m的生物砂滤池,设置不同取样深度的取样点，排污口出水,具体水质见表2,可生化性较高。定点定时取样,研究填料厚度对COD去除效果的影1填料及其粒径Table 1 nfiltration media and grain diameter响;(2)选取混砂及粗砂构筑填料厚度为1.0 m的生填料混砂细砂粗砂物砂滤池,控制水力负荷为1.5~2.0 m*/(m'●d),粒径/mm<22~5定时取样,研究填料粒径对COD及NHT-N去除效注，"混砂未籍分。果的影响;(3)选取混砂及细砂构筑填料厚度为1.01.2实验方法m的生物砂滤池，研究填料粒径对TP去除效果的实验装置示意图见图1。生物砂滤池底部为50影响;(4)选取细砂构筑填料厚度为1.0 m的生物砂mm砾石垫层,以防填料颗粒堵塞出水管;上部为50滤池,在运行2周后分别测定有机质含量，研究有机mm砾石层,用于均匀布水;顶部预留100 mm以防质在生物砂滤池内的累积规律。生活污水漫出。1.3 主要测试项目及分析方法6100mmCOD按照《水质化学需氧量的测定重铬酸盐50mm法》(GB 11914-89)中标准方法测定;NH7-N按照《水质铵的测定纳氏试剂比色法)(GB 7479-89)中标准方法测定;TP按照《水质总磷的测定钥酸铵分光光度法》(GB 11893-89)中标准方法测定;有机质采用灼烧法测定。2结果与讨论2.1填料厚度对COD去除效果的影响s0 mm填料厚度对COD去除效果的影响见图2,其中数据间断区域为因生物砂滤池出水量减少而设置的堵塞恢复期。生物砂滤池形成堵塞主要是由填料截圈1实验装置示意圄Fig. 1 Schematic diagram of expermental equipment留的污染物不断累积及微生物的生长繁殖堵塞填料1-生活污水:2-蠕动襲:3- 砾有层:4填料:5-砾石垫层16-漫流管17-取样口18一出水孔隙造成的,可采取暂停处理生活污水,令生物砂滤生物砂滤池对污染物的去除是-个复杂的物理池中微生物持续降解累积的污染物,并在缺少营养化学及生物过程。实验采用间歇式进水方式,以6 h源的情况下分解利用由于更新换代所聚集的微生物为一布水周期，选择合适进水时间与落千(暂停进水絮体，从而缓慢恢复生物砂滤池 的渗透性9]。一般。表2生活污水水质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环境污染与防治第33卷第2期2011年2月一进水-- 2.0 m生物砂滤池出水→1.0性物砂滤池出水于1.1m的生物砂滤池段对COD的去除很少。另外,COD在生物砂滤池中随实验时间的推移存300台29E在累积的现象,实验第3天在0.5 m处出现COD150pM\的累积峰,实验第7天COD的累积峰往下运移到0.7 m处。”101520253035404550该实验进-步证明,COD的去除主要发生在生实验时间/d圈2填料厚度对COD去除效果的影响物砂滤池的中，上部，即距填料顶部小于1.1 m处，Fig.2 Effect of filter thickness on COD removal fficiency而在长时间处理生活污水的过程中,由于截留在填堵塞恢复期为7~10d左右。料中的有机物未能完全及时降解以及生物膜的更新根据水力负荷,生活污水在1.0.2.0 m的生物砂脱落,使得生物砂滤池中COD累积，并受生活污水滤池中水力停留时间分别为4. 71~23.55、6.41~的水力冲刷而向下运移。30.14 h。从图2可以看出,实验初期,2种生物砂滤2.3 填料粒径对COD去除效果的影响池出水COD随进水COD而变化,随着实验时间的推填料粒径对COD去除效果的影响见图4,其中移,2种生物砂滤池出水COD趋于稳定,保持在50混砂生物砂滤池在实验第5天开始监测。从图4可mg/L以下,具有一定的抗污染负荷冲击能力。2种以看出,填料粒径对COD去除效果的影响总体不生物砂滤池出水C0D的差别很小。对COD的去除效明显。实验初期，粗砂对COD的去除能力存在一果相近,达到《城镇污水处理厂污染物排放标准)(GB个逐步提升的阶段,实验第1天COD去除率仅为18918- -2002)中- -级A类标准(50 mg/L)。38.66%,而混砂对COD去除率在监测第1天(即实产生上述现象的原因为;生物砂滤池对COD验第5天)已达到68. 84%,并稳定在该水平左右;的去除主要通过生物降解实现,且以好氧菌为主，实验中期,不同粒径的河砂对COD的去除效果相而生物砂滤池的复氧主要发生在中上部,好氧菌差不大;实验后期，粗砂对COD的去除率相对于混主要富集于此,因此COD的去除主要发生在生物砂有所下降。2种生物砂滤池的水力负荷随着实验砂滤池的中上部。2.0m的生物砂滤池中虽然生时间的推移总体逐渐降低,混砂生物砂滤池在监测活污水水力停留时间较长,但1.0m以下生物砂第12天(即实验第16 天)水力负荷降低到0.45滤池段由于复氧困难,对COD的去除能力有限，m'/(m2●d),粗砂生物砂滤池在实验第20天后水因此1.0、2.0 m的生物砂滤池对COD的去除效力负荷降低到0.51 m2/(m2●d)。果相差不大[10]。→灌矽COD去除辜十混砂水力负荷-←粗砂COD去除率一粗砂水力负荷, 102.2 COD 去除效果随取样深度变化趋势选取混砂构筑填料厚度为2.0 m的生物砂滤f 70池,并设置多个不同取样深度的取样口,分别于实验升60第1.3.7天监测各取样口出水COD,结果见图3。4050 F一第1天2000 A。第3天0246810121416182022242I50一第天00圈4填料粒径对COD去除效果的影响Fig.4 Effect of filter grain size on COD removal0204060.81+十产生上述现象的原因为:实验初期,生物砂滤池取样深度/m圈3 COD 去除效果在生物殆滤池中随取样溧度的变化趋势中微生物量较少,COD的去除主要是通过填料的吸Fig.3 COD removal efficiency at different depths附截留来完成，混砂由于粒径分布不均匀,形成的孔注:以填料顶部为取样深度原点,图7同。隙小而致密.具有较强的吸附截留能力,因而其对从图3可以看出，在距填料顶部1.1 m处，COD的去除效果好于粗砂;当运行稳定后,微生物COD已降到较低的水平,实验第1.3.7天COD分在填料表面生长繁殖,形成由菌胶团和大量真菌菌别为67.07、52.63、74. 67 mg/L,COD去除率分别丝组成的生物膜,并不断分解污染物用于自身新陈达到64.98% .69.05%及68. 12%,距填料顶部大代谢.持续降低污水中的COD,这一阶段生物降解宁宇筹生物砂滤池处理 生活污水的研究对COD的去除起主要作用,粒径大小及分选对去验时间的推移，两者对TP的去除效果总体降低。除效果的影响不明显;实验后期，截留的污染物持续生物砂滤池对TP具有较强的抗污染负荷冲击能累积以及微生物生长繁殖形成的絮体不断聚集,缓力,对进水TP变化的反应具有延时性,出水TP的慢堵骞填料孔隙,粒径分布不均匀的混砂由于粒间峰值大约出现在进水污染负荷峰值后3 d左右,且孔隙小.滲透性降低的速度快,导致生物砂滤池水力混砂出水TP的峰值较高。负荷降低,COD去除率上升1[1] ,粗砂在水力负荷降低后,COD去除率同样显著上升。十进水--撰砂出水2.4填料粒径对 NHt-N去除效果的影响填料粒径对NHt-N去除效果的影响见图5.从图5可以看出,实验初期,填料粒径对NHt -N去除效果的影响不明显,实验第1天混砂、粗砂生物砂滤池对NHt-N的去除率分别为26. 91%及实验时间d21.28%,差异较小;随着实验时间的推移,各生物團6填料粒径对 TP去除效果的影响Fig.6 Elfect of filter grain size on TP removal eficiency砂滤池对NHT-N的去除率逐渐提高;实验中后产生.上述现象的原因为:TP的去除主要是通期,填料粒径的影响日益显著,混砂出水NHt-N过填料的物理吸附以及与其中的某些矿物(Ca、在实验第8天为3.36 mg/L,达到GB 18918-Mg、Fe、Al等)形成沉淀实现[)],微生物对TP的去2002中一级A类标准(5 mg/L),而粗砂出水在实除效果有限,因此实验初期生物砂滤池可对TP达验第16天为2. 47 mg/L,前者对NHt-N的去除到很好的去除效果。经过一段时间的运行,填料对效果好于后者。TP的吸附逐渐达到饱和,对TP的去除效果逐步降低,而且生物砂滤池中累积的磷会在生活污水的水进水力冲刷作用下不断向下迁移直至排出池外,从而导-。混砂出水5F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，累积的磷更多,因此其随混砂出水排出时形成012345678910111213141516的峰值较高。实验时间/d2.6有机质随取样深度的 变化趋势图5填料粒径对 NHt -N去除效果的影响生物砂滤池中不同取样深度有机质(以质量分Fig. 5 Effect of fiter grain size on NH; -N removal产生上述现象的原因为:生物砂滤池对数计)的变化见图7。从图7可以看出,有机质主要:NH;-N的去除主要是通过硝化作用实现,填料的累积在距填料顶部0~0.2 m处,由上至下总体逐吸附截留作用对NH:'-N去除的贡献非常小[12],步降低,其中细砂生物砂滤池距填料顶部0.2~0.5而硝化菌的生长富集需要较长的时间,因此实验m处有机质较低,在距填料顶部大于0.5 m处有机:初期各生物砂滤池对NHt-N的去除效果较差;混质略微上升，且其有机质相对于粗砂更高。砂由于粒径分布不均匀,颗粒间形成的孔隙小,微十-细砂生物在其间生长挂膜相对容易,硝化菌的生长富40F集所需的时间相对较短,因此混砂出水NH: -N相00.10.203040.50.60.70.8对于粗砂能更快地达到GB 18918-2002中- -级取样深度/mA类标准。圈7生物砂滤池中不同取样深度有机质的变化Fig.7 ()rganic content at different depths2.5 填料粒径对TP的去除效果的影响of biological sand fiter填料粒径对TP去除效果的影响见图6。从图产生上述现象的原因为:大部分的有机质在生6可以看出,2种生物砂滤池在实验中前期对TP的物砂滤池顶部被截留.流经距填料顶部0.2~0.5 m去除效果较好,去除率最高可达到95%以上,混砂处时含量较低,且该段易于复氧,好氧微生物的生物生物砂滤池对TP的去除效果略好于细砂;随着实降解能力强,因此该段有机质最低。在距填料顶部