水力负荷及填料对微动力生物滴滤池净水效果分析

张文宁

(九江绿野环境工程咨询有限公司，江西 九江 332000)

随着社会经济及城镇化建设的不断发展，加剧了人与自然的矛盾，一系列环境问题应运而生，特别是水环境污染问题，对于国家可持续发展和人民身体健康具有重要影响[1]，因此，国家有关单位对于污水处理的要求日益紧迫，各种水处理技术也相继问世[2- 7]。但是，传统的污水处理技术需要投入大量的资金和人力，对于部分财政收入困难的地区很难实现污水处理的全面覆盖，故而研究一种低能耗、低成本的污水处理工艺对于解决村镇困难地区的水环境净化问题具有重要的现实意义。

目前，常用的污水处理技术包括物理处理、化学处理和生物处理，其中，生物处理法具有成本低、净化效果更好、处理过程温和、适用范围广等多重优势，已逐步在污水处理中推广使用。生物处污水处理包括活性污泥法和生物膜法，所谓微动力生物滴滤池法即属于后者，其具有-结构简单、可靠性高、剩余污泥量少、能耗较低、运行维护成本低等诸多优势，因此成为很多地区污水处理的首选[8- 12]。

当前对于微动力生物滴滤池主要集中于材料组合方面，对于外部环境与内部材料组成相结合的影响研究还相对较少，故而本文对浮石填料和聚氨酯填料两种填料滴滤池在不同水力负荷下的净水效果进行了对比分析，以期能为微动力滴滤池的推广运用提供借鉴。

1 试验概况

1.1 试验材料及仪器

试验用水取自九江市主城区某河段，经实验检测分析，得到水质情况为：COD浓度102～1245mg/L，氨氮浓度16～92.5mg/L，TN浓度20～119mg/L，TP浓度1～5.2mg/L，pH值范围为6～9。试验填料是微动力生物滴滤池的核心组成部分，对净水效果起着决定性作用，根据前人研究经验，本次试验主要选取产自山西的浮石填料(粒径6～12mm)以及产自杭州的聚氨酯填料(粒径50mm)。采用间歇式进水方式，通过不断增大水力负荷测定各指标的净水效果，试验过程中所使用的主要仪器设备包括：酸度计、分光光度仪、干燥箱、蠕动泵、电子显微镜、液位继电器、时间继电器、电子分析天平等。

1.2 试验系统

试验系统包括填料层、承托层及支撑板、集水区、间隙层等，上层和中间层尺寸均为16cm×17cm×15cm，下层填料的尺寸稍大为16cm×17cm×30cm，层与层之间设置有5cm厚空隙，滴滤池各部分的尺寸及高度情况见表1。采用自然通风方式对系统进行供氧，通风孔位于中部和底部共计24个通风孔，通风孔下方设置集水池，出水口则则设置于翻反应器集水区附近，直径为10mm，生物滴滤池系统示意如图1所示。

表1 生物滴滤池各层高度尺寸

图1 生物滴滤池试验流程示意图

2 试验结果分析

2.1 COD去除率分析

试验得到的不同水力负荷下两种填料的COD去除情况随时间的变化关系如图2所示。从图2(a)中可以看到：进水口的COD浓度值在不同时间下呈现不规律的变化特征；对于浮石填料，当逐渐增大水力负荷后，出水口的COD浓度值保持在相对稳定状态(100～150mg/L)，1月30日前后出现突变可能与当时进水水质有关；当水力负荷为0.73m3/(m2·d)时，COD的平均去除率为76.72%，当水力负荷为0.85m3/(m2·d)时，COD的平均去除率为83.04%，当水力负荷为1.20m3/(m2·d)时，COD的平均去除率为78.39%，当水力负荷为1.45m3/(m2·d)时，COD的平均去除率为69.24%；随着水力负荷的不断增大，浮石填料生物滴滤池的COD去除率呈先增大后减小的变化趋势；从整体上来讲，改变水力负荷对于COD去除率的影响不大，表明了浮石填料生物滴滤池具有较强的抗COD冲击负荷能力。

从图2(b)可以观察到：进水口的COD浓度值在不同时间下呈现较大的波动特征，随着水力负荷的逐渐增大，出水口的COD浓度值也呈动态变化特征(50～250mg/L)；当水力负荷为0.48m3/(m2·d)时，COD的平均去除率为73.52%，当水力负荷为0.85m3/(m2·d)时，COD的平均去除率为75.6%，当水力负荷为1.19m3/(m2·d)时，COD的平均去除率为57.89%；随着水力负荷的不断增大，聚氨酯填料滴滤池的COD去除率也呈先增后减特征，但其波动性明显高于浮石填料，说明聚氨酯填料生物滴滤池的抗COD冲击负荷能力相对于浮石填料而言更弱。

对比两种填料的COD去除效果可知：浮石填料生物滴滤池和聚氨酯填料生物滴滤池对COD去除的最佳水力负荷为0.85m3/(m2·d)，去除率分别达到83.04%和75.6%，但浮石填料生物滴滤池的稳定性更好。

图2 COD去除效果对比

2.2 氨氮去除率分析

试验得到的不同水力负荷下两种填料的氨氮去除情况随时间的变化关系如图3所示。从图3(a)中可以看到：进水口的氨氮浓度值相对变化幅度较大(20～55mg/L)，导致出水口的氨氮浓度也呈较大的波动变化特征；随着水力负荷的增加，浮石填料滴滤池的氨氮出去效果呈先增后减的变化特征，最佳水力负荷为0.85m3/(m2·d)，平均去除率达到79.68%，表明在0.85水力负荷下硝化细菌的硝化作用和氨氮负荷之间呈最好的匹配状态，能够达到最佳的氨氮去除效果，当水力负荷大于0.85m3/(m2·d)后，氨氮的去除率呈陡然下降趋势，然后又呈动态平衡变化，当水力负荷达到1.20m3/(m2·d)后，去除率再次出现陡然下降特征，然后又呈动态平衡变化，表明了浮石填料滴滤池对于氨氮去除的阶段性特征；聚氨酯填料生物滴滤池去除氨氮的最佳水力负荷仍然是0.85m3/(m2·d)，但平均去除率仅为31.25%。两种填料氨氮去除率相差如此之大的原因在于：①浮石填料本身具有吸附氨氮的能力，而聚氨酯填料没有，因此硝化细菌更容易在前者里面繁殖生长；②聚氨酯填料的孔隙率更大，对污水的阻力更小，使得污水在填料层的历经时间更短，故而硝化分解不充分。浮石填料滴滤池对氨氮的去除能力优于聚氨酯填料。

图3 氨氮去除效果对比

2.3 氮、磷去除率分析

试验得到的两种填料在不同水力负荷下的总氮、总磷的去除率情况如图4所示。当水力负荷为0.85m3/(m2·d)，浮石填料生物滴滤池对总氮、总磷的去除效果最好，分别达到45.6%和38.4%；随着水力负荷的不断增加，聚氨酯填料生物滴滤池对总氮、总磷的去除率呈线性降低趋势，当水力负荷达到1.19m3/(m2·d)时，对氮磷的去除率接近于0；总体而言，浮石填料生物滴滤池对于氮磷的去除能力优于聚氨酯填料生物滴滤池；聚氨酯填料对于氮磷去除效果较差，其主要原因：①孔隙率较大，通风效果较好，不利于硝化反应；②填料上生物膜数量相对较少(即挂膜效果不佳)，影响对氨氮的去除效果，从而影响总氮的去除率；③对总磷的去除主要依靠微生物的同化作用以及生物膜的截留作用，但是聚氨酯填料中没有形成聚磷菌喜好的好氧- 厌氧环境。

图4 总氮、总磷去除率情况

3 结语

(1)当水力负荷为0.85m3/(m2·d)时，生物滴滤池对于COD的去除效果最佳；浮石填料生物滴滤池的抗COD冲击负荷能力相对于聚氨酯填料而言更强。

(2)当水力负荷为0.85m3/(m2·d)时，生物滴滤池对于氨氮的去除效果最好；浮石填料生物滴滤池对氨氮的去除效果优于聚氨酯填料，前者去除率为79.68%，后者去除率仅为31.25%。

(3)浮石填料总氮、总磷去除率随水力负荷增加呈先增后减趋势，最佳水力负荷为0.85m3/(m2·d)；聚氨酯填料总氮、总磷去除率随水力负荷增加呈线性递减；浮石填料生物滴滤池对于氮磷的去除能力优于聚氨酯填料生物滴滤池。