曝气生物滤池处理生活污水效能沿滤层高度的变化

李 宁，赵 玉 华，刘 斌

（1.沈阳市房地产开发建设管理办公室，辽宁 沈阳 110013；2.沈阳建筑大学 市政与环境工程学院，辽宁 沈阳 110168；3.构易都市（北京）建筑设计咨询有限公司，北京 100055）

0 引言

曝气生物滤池（biological aerated filter）是在生物反应器内装填高比表面积的颗粒滤料，以提供微生物膜生长的载体，污水流过滤料层，在滤料层下部鼓风曝气，空气与污水逆向或同向接触，使污水中的有机物等污染物和填料表面生物膜通过生化反应得到去除，滤料同时起到物理过滤作用［1-2］。与普通活性污泥法相比，曝气生物滤池具有有机负荷高、占地面积小（是普通活性污泥法的1/3）、投资少（节约30%）、不会产生污泥膨胀、氧传输效率高、出水水质好等优点［2-3］，而滤层是曝气生物滤池实现处理功能的关键所在［4-5］。滤层高度的大小不仅决定了滤池的功能，也影响滤池的设计高度，从而影响滤池的造价。本文通过对曝气生物滤池滤层不同高度处理效果的分析，提出曝气生物滤池处理生活污水所需滤层高度，为曝气生物滤池的工程应用提供参考。

1 试验装置与方法

1.1 试验装置

试验装置流程见图1。曝气生物滤池采用上流式运行方式。用塑料管将两个有机玻璃滤柱串联，柱高3 000mm，外径80mm，内径75mm。滤柱内装填有多孔陶粒生物滤料，一级滤柱滤料粒径3.5～5.5 mm，二级滤柱滤料粒径4.2～2.5mm，承托层厚度300 mm，每柱滤层高均为2 000mm。承托层以上，每隔0.2m 设一取样口，出水口高出柱内滤料顶层0.4m。试验装置运行了2a，本文试验结果是运行第2年4月中旬5d的试验平均值。

图1 曝气生物滤池装置Fig.1 Set of biological aerated filter

1.2 试验用水

试验用水采用模拟生活污水。

1.3 分析项目及方法

分析测试项目有CODCr、NH3-N、浊度、DO，分析方法遵照《水与废水监测分析方法》进行。分析方法见表1。

表1 水质分析项目及方法Tab.1 Quality item and measure method

2 试验结果与分析

试验滤速5.0 m/h，气水比1.25∶1。进水平均质量浓度分别为：CODCr407.75mg/L，氨氮11.25mg/L，总磷4.75mg/L。水温12～20 ℃，pH 中性。

2.1 CODCr沿层变化

从图2可以看出，在滤层高0～2m 段CODCr去除效果明显。在滤层高2 m 处，CODCr为332.15mg/L，去除率为18.54%。滤层高度2.6m，CODCr去除率为63.78%。在2～4m处CODCr去除率变化趋于平缓，2.6 m 处CODCr去除率为74.87%。4m 处CODCr去除率90.36%，出水CODCr39.3 mg/L，达到污水处理厂排放标准的一级A 标准。

图2 沿滤层高度CODCr变化Fig.2 CODCrvariety along height

滤层0～2 m 段是异养菌生长繁殖、降解COD 的主要层段。在一级滤池滤层中，生长着大量异养菌，是异养菌的活跃层，主要以降解有机物为主，异养菌竞争底物、溶解氧和填料表面空间的能力比自养菌强而占据优势［6-7］。

2.2 氨氮沿层变化

从图3中可以看出，在2～4m段内氨氮去除率增加幅度较大，是氨氮去除率的高效层段。2m处，氨氮质量浓度8.78mg/L，去除率21.98%；4m 处，氨氮质量浓度3.25mg/L，去除率74.47%，达到污水处理厂排放标准的一级A 标准。

曝气生物滤池在宏观结构、微观生态和生物学上，均具有存在同时硝化反硝化反应的可能。在反应系统中，由于存在着厌氧区，可实现一定程度的反硝化脱氮。复合脱氮反应包括同步硝化反硝化脱氮。

图3 沿滤层高度氨氮变化Fig.3 NH3-N variety along height

2.3 总磷沿层变化

从图4可知，对总磷去除的高效层段范围是1.2～2.6m。在该段总磷去除率61.78%。2m 处总磷1.48mg/L，2.6m 处总磷0.89mg/L，达到一级B标准。出水总磷0.22，达到一级A标准。

图4 沿滤层高度总磷变化Fig.4 TP variety along height

生物法除磷主要依靠生物诱导的化学沉淀作用和生物聚磷作用［8-9］。生物诱导的化学沉淀作用，是由于生物膜内微生物的代谢作用，导致微环境发生变化，使污水溶解性磷酸盐化学性地沉积于生物膜表面，从而随着反冲洗废水排出；生物聚磷作用是指聚磷菌在厌氧环境中大量释放磷，在好氧环境中过量摄取磷酸盐，使其在体内积累，并同样随反冲洗水排出，从系统中去除磷。

曝气生物滤池本身具有的特殊构造，其填料为多孔陶粒生物滤料，比表面积是常规滤料的4～6倍，生物膜不易流失，其生物膜中由于存在溶解氧梯度，使生物膜由外至内形成好氧区、缺氧区和厌氧区，厌氧区形成厌氧生物膜，且生物膜处理中生物膜的停留时间与污水的停留时间无关，因此能存活世代时间较长的硝化菌及亚硝化菌，而由于缺氧区的存在，反硝化菌占优，使得曝气生物滤池具有复合除磷特性［10］。

3 结论

（1）曝气生物滤池处理生活污水，在滤层高度为4m、滤速5.0m/h、气水比1.25∶1、水温12～20 ℃的条件下，出水可达到《城镇污水处理厂综合排放标准》。

（2）曝气生物滤池处理生活污水COD的功能，基本在滤层0～2.6m 内完成，去除率可达到75%，占总去除率的82.9%。总去除率达到90.36%，进水COD 407.75mg/L，出水39.3mg/L。

（3）曝气生物滤池处理生活污水氨氮的功能，基本在滤层2.6～4.0m 段完成，去除率49.50%，占总去除率的69.6%。总去除率达到71.14%，进水11.25mg/L，出水2.25mg/L。

（4）曝气生物滤池处理生活污水总磷的功能，基本在滤层1.2～2.6m 段完成，去除率61.78%，占总去除率的64.7%。总去除率达到95.46%，进水4.04mg/L，出水0.22mg/L。