生物砂濾池處理生活污水的研究

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 及填料厚度構筑生物砂謔池,研究生活污水主要污染組分的去除規律。結果表明:(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)驗第1.3.7天COD分別為67.07.52.63.74. 67 mg/L.COD去除率分別達到64. 98% .69. 05%及68. 12% ;填料粒徑對COD去除效果的影響不明顯。(2)實(shí)驗初期,填料粒徑對NHT -N的去除效果的影響不明顯.實(shí)驗第I天混砂、粗砂生物砂濾池對NHT -N的去除事分別為26. 91%.21. 28%,差異較小:實(shí)驗中后期.填料粒徑的影響8益顯著(zhù),其中混砂生物砂濾池運行第8天出水NH-N為3.36mg/L,粗砂生物砂濾池運行第16天出水NHT -N為2.47 mg/L. (3)生物矽濾池在實(shí)驗中前期財TP的去除效果較好.去除率最高可達到95%以上.混砂生物矽墟池對TP的去除效果略好于細砂生物砂濾池。(4)有機質(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,其中細砂生物砂濾池0.2~0.5 m處有機質(zhì)較低,在大于0.5 m處有機質(zhì)略繳上升.且其有機質(zhì)相對于粗砂更高。關(guān)鍵詞生物砂濾池 粒徑填料厚度去除規律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(lái),生活污水排放量的持續增長(cháng)是造成 物濃度(+6]。全球水質(zhì)不斷惡化的重要原因。世界各國對生活污目前,污水土地處理技術(shù)的實(shí)驗研究主要集中水大量排放所引起的水體富營(yíng)養等水環(huán)境問(wèn)題歷來(lái)在污染物的去除效果和去除機制上,對不同污染物非常重視,并致力于新型污水處理技術(shù)的開(kāi)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(méi)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(zhù)廣泛的應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制為:積效應并不斷隨污水流向遷移的現象也沒(méi)有過(guò)多的污水中的污染物在流經(jīng)生物砂濾池的過(guò)程中被填料探討。上述因素在確定污水土地處理中構筑物深以及附著(zhù)于填料表面的生物膜截留,并在生物降解度、系統穩定時(shí)間及停用恢復時(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(guò)對實(shí)驗數據的分析.研究污染物池復氧的階段)時(shí)間之比(濕干比)布水。在實(shí)驗運在不同生物砂濾池中的去除規律、達到最佳去除狀行初期,污染物的去除主要是通過(guò)物理化學(xué)作用(如態(tài)時(shí)所需的時(shí)間及存在的問(wèn)題，從而確定填料厚填料的截留、交換吸附及表面沉淀等)來(lái)完成的;當度、粒徑等參數,為生物砂濾池的實(shí)驗改進(jìn)提供理生物砂濾池運行穩定后,微生物在填料表面生長(cháng)掛論依據。膜,進(jìn)一步截留污染物,不斷地對其進(jìn)行生物降解以1材料與方法用于自身新陳代謝,并結合上述物理化學(xué)作用,實(shí)現降低污染物濃度的目的(17.8]。1.1實(shí)驗材料生物砂濾池為有機玻璃柱;填料為不同粒徑的實(shí)驗過(guò)程中每天定時(shí)取樣,監測指標主要包括河砂(見(jiàn)表1),取自武漢某建筑工地。所用生活污pH .COD、NHt-N、TP、有機質(zhì)及水力負荷。具體水取自中國地質(zhì)大學(xué)(武漢)東區經(jīng)化糞池之后的總方案如下:(1)選取混砂構筑填料厚度分別為1.0、2.0m的生物砂濾池,設置不同取樣深度的取樣點(diǎn)，排污口出水,具體水質(zhì)見(jiàn)表2,可生化性較高。定點(diǎn)定時(shí)取樣,研究填料厚度對COD去除效果的影1填料及其粒徑Table 1 nfiltration media and grain diameter響;(2)選取混砂及粗砂構筑填料厚度為1.0 m的生填料混砂細砂粗砂物砂濾池,控制水力負荷為1.5~2.0 m*/(m'●d),粒徑/mm<22~5定時(shí)取樣,研究填料粒徑對COD及NHT-N去除效注，"混砂未籍分。果的影響;(3)選取混砂及細砂構筑填料厚度為1.01.2實(shí)驗方法m的生物砂濾池，研究填料粒徑對TP去除效果的實(shí)驗裝置示意圖見(jiàn)圖1。生物砂濾池底部為50影響;(4)選取細砂構筑填料厚度為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,在運行2周后分別測定有機質(zhì)含量，研究有機mm礫石層,用于均勻布水;頂部預留100 mm以防質(zhì)在生物砂濾池內的累積規律。生活污水漫出。1.3 主要測試項目及分析方法6100mmCOD按照《水質(zhì)化學(xué)需氧量的測定重鉻酸鹽50mm法》(GB 11914-89)中標準方法測定;NH7-N按照《水質(zhì)銨的測定納氏試劑比色法)(GB 7479-89)中標準方法測定;TP按照《水質(zhì)總磷的測定鑰酸銨分光光度法》(GB 11893-89)中標準方法測定;有機質(zhì)采用灼燒法測定。2結果與討論2.1填料厚度對COD去除效果的影響s0 mm填料厚度對COD去除效果的影響見(jiàn)圖2,其中數據間斷區域為因生物砂濾池出水量減少而設置的堵塞恢復期。生物砂濾池形成堵塞主要是由填料截圈1實(shí)驗裝置示意圄Fig. 1 Schematic diagram of expermental equipment留的污染物不斷累積及微生物的生長(cháng)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污染物的去除是-個(gè)復雜的物理池中微生物持續降解累積的污染物,并在缺少營(yíng)養化學(xué)及生物過(guò)程。實(shí)驗采用間歇式進(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COD的去除很少。另外,COD在生物砂濾池中隨實(shí)驗時(shí)間的推移存300臺29E在累積的現象,實(shí)驗第3天在0.5 m處出現COD150pM\的累積峰,實(shí)驗第7天COD的累積峰往下運移到0.7 m處?！?01520253035404550該實(shí)驗進(jìn)-步證明,COD的去除主要發(fā)生在生實(shí)驗時(shí)間/d圈2填料厚度對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，Fig.2 Effect of filter thickness on COD removal fficiency而在長(cháng)時(shí)間處理生活污水的過(guò)程中,由于截留在填堵塞恢復期為7~10d左右。料中的有機物未能完全及時(shí)降解以及生物膜的更新根據水力負荷,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移。30.14 h。從圖2可以看出,實(shí)驗初期,2種生物砂濾2.3 填料粒徑對COD去除效果的影響池出水COD隨進(jìn)水COD而變化,隨著(zhù)實(shí)驗時(shí)間的推填料粒徑對COD去除效果的影響見(jiàn)圖4,其中移,2種生物砂濾池出水COD趨于穩定,保持在50混砂生物砂濾池在實(shí)驗第5天開(kāi)始監測。從圖4可mg/L以下,具有一定的抗污染負荷沖擊能力。2種以看出,填料粒徑對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COD的去除效明顯。實(shí)驗初期，粗砂對COD的去除能力存在一果相近,達到《城鎮污水處理廠(chǎng)污染物排放標準)(GB個(gè)逐步提升的階段,實(shí)驗第1天COD去除率僅為18918- -2002)中- -級A類(lèi)標準(50 mg/L)。38.66%,而混砂對COD去除率在監測第1天(即實(shí)產(chǎn)生上述現象的原因為;生物砂濾池對COD驗第5天)已達到68. 84%,并穩定在該水平左右;的去除主要通過(guò)生物降解實(shí)現,且以好氧菌為主，實(shí)驗中期,不同粒徑的河砂對COD的去除效果相而生物砂濾池的復氧主要發(fā)生在中上部,好氧菌差不大;實(shí)驗后期，粗砂對COD的去除率相對于混主要富集于此,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荷隨著(zhù)實(shí)驗砂濾池的中上部。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測活污水水力停留時(shí)間較長(cháng),但1.0m以下生物砂第12天(即實(shí)驗第16 天)水力負荷降低到0.45濾池段由于復氧困難,對COD的去除能力有限，m'/(m2●d),粗砂生物砂濾池在實(shí)驗第20天后水因此1.0、2.0 m的生物砂濾池對COD的去除效力負荷降低到0.51 m2/(m2●d)。果相差不大[10]?！辔鵆OD去除辜十混砂水力負荷-←粗砂COD去除率一粗砂水力負荷, 102.2 COD 去除效果隨取樣深度變化趨勢選取混砂構筑填料厚度為2.0 m的生物砂濾f 70池,并設置多個(gè)不同取樣深度的取樣口,分別于實(shí)驗升60第1.3.7天監測各取樣口出水COD,結果見(jiàn)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)生上述現象的原因為:實(shí)驗初期,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中微生物量較少,COD的去除主要是通過(guò)填料的吸Fig.3 COD removal efficiency at different depths附截留來(lái)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.具有較強的吸附截留能力,因而其對從圖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;當運行穩定后,微生物COD已降到較低的水平,實(shí)驗第1.3.7天COD分在填料表面生長(cháng)繁殖,形成由菌膠團和大量真菌菌別為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到64.98% .69.05%及68. 12%,距填料頂部大代謝.持續降低污水中的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COD的去除起主要作用,粒徑大小及分選對去驗時(shí)間的推移，兩者對TP的去除效果總體降低。除效果的影響不明顯;實(shí)驗后期，截留的污染物持續生物砂濾池對TP具有較強的抗污染負荷沖擊能累積以及微生物生長(cháng)繁殖形成的絮體不斷聚集,緩力,對進(jìn)水TP變化的反應具有延時(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在進(jìn)水污染負荷峰值后3 d左右,且孔隙小.滲透性降低的速度快,導致生物砂濾池水力混砂出水TP的峰值較高。負荷降低,COD去除率上升1[1] ,粗砂在水力負荷降低后,COD去除率同樣顯著(zhù)上升。十進(jìn)水--撰砂出水2.4填料粒徑對 NHt-N去除效果的影響填料粒徑對NHt-N去除效果的影響見(jiàn)圖5.從圖5可以看出,實(shí)驗初期,填料粒徑對NHt -N去除效果的影響不明顯,實(shí)驗第1天混砂、粗砂生物砂濾池對NHt-N的去除率分別為26. 91%及實(shí)驗時(shí)間d21.28%,差異較小;隨著(zhù)實(shí)驗時(shí)間的推移,各生物團6填料粒徑對 TP去除效果的影響Fig.6 Elfect of filter grain size on TP removal eficiency砂濾池對NHT-N的去除率逐漸提高;實(shí)驗中后產(chǎn)生.上述現象的原因為:TP的去除主要是通期,填料粒徑的影響日益顯著(zhù),混砂出水NHt-N過(guò)填料的物理吸附以及與其中的某些礦物(Ca、在實(shí)驗第8天為3.36 mg/L,達到GB 18918-Mg、Fe、Al等)形成沉淀實(shí)現[)],微生物對TP的去2002中一級A類(lèi)標準(5 mg/L),而粗砂出水在實(shí)除效果有限,因此實(shí)驗初期生物砂濾池可對TP達驗第16天為2. 47 mg/L,前者對NHt-N的去除到很好的去除效果。經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的運行,填料對效果好于后者。TP的吸附逐漸達到飽和,對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-?；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)驗時(shí)間/d2.6有機質(zhì)隨取樣深度的 變化趨勢圖5填料粒徑對 NHt -N去除效果的影響生物砂濾池中不同取樣深度有機質(zhì)(以質(zhì)量分Fig. 5 Effect of fiter grain size on NH; -N removal產(chǎn)生上述現象的原因為:生物砂濾池對數計)的變化見(jiàn)圖7。從圖7可以看出,有機質(zhì)主要:NH;-N的去除主要是通過(guò)硝化作用實(shí)現,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NH:'-N去除的貢獻非常小[12],步降低,其中細砂生物砂濾池距填料頂部0.2~0.5而硝化菌的生長(cháng)富集需要較長(cháng)的時(shí)間,因此實(shí)驗m處有機質(zhì)較低,在距填料頂部大于0.5 m處有機:初期各生物砂濾池對NHt-N的去除效果較差;混質(zhì)略微上升，且其有機質(zhì)相對于粗砂更高。砂由于粒徑分布不均勻,顆粒間形成的孔隙小,微十-細砂生物在其間生長(cháng)掛膜相對容易,硝化菌的生長(cháng)富40F集所需的時(shí)間相對較短,因此混砂出水NH: -N相00.10.203040.50.60.70.8對于粗砂能更快地達到GB 18918-2002中- -級取樣深度/mA類(lèi)標準。圈7生物砂濾池中不同取樣深度有機質(zhì)的變化Fig.7 ()rganic content at different depths2.5 填料粒徑對TP的去除效果的影響of biological sand fiter填料粒徑對TP去除效果的影響見(jiàn)圖6。從圖產(chǎn)生上述現象的原因為:大部分的有機質(zhì)在生6可以看出,2種生物砂濾池在實(shí)驗中前期對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,去除率最高可達到95%以上,混砂處時(shí)含量較低,且該段易于復氧,好氧微生物的生物生物砂濾池對TP的去除效果略好于細砂;隨著(zhù)實(shí)降解能力強,因此該段有機質(zhì)最低。在距填料頂部