叢廣治¹，白宇¹，張杰¹，白春學(xué)²，李泳¹?
(1.哈爾濱工業(yè)大學(xué)市政環(huán)境工程學(xué)院，黑龍江哈爾濱 150090；2.大連經(jīng)濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū)水質(zhì)凈化二廠，遼寧大連　116600)

　　摘　要：采用生物膜過(guò)濾技術(shù)處理污水廠二級(jí)出水的試驗(yàn)結(jié)果表明，生物膜過(guò)濾比普通石英砂過(guò)濾效果好，且夏季的處理效果優(yōu)于冬季；隨著水力負(fù)荷的增加則生物膜過(guò)濾出水中的各項(xiàng)指標(biāo)值逐漸升高，去除率逐漸降低；反沖洗對(duì)生物膜過(guò)濾處理效果的影響并不大，在反沖洗后很快便可恢復(fù)正常運(yùn)行；濾柱出水可回用于景觀水體。
　　關(guān)鍵詞：污水再生與回用；景觀用水；生物膜過(guò)濾
　　中圖分類號(hào)：X703
　　文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：C
　　文章編號(hào)：1000-4602(2002)12-0048-03

　　把污水回用于城市景觀水體是根據(jù)缺水城市對(duì)娛樂性環(huán)境的需要而發(fā)展起來(lái)的一種污水回用方式，但到目前為止只有少數(shù)發(fā)達(dá)國(guó)家進(jìn)行了這方面的研究并提出了相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)。為此，筆者進(jìn)行了用生物膜過(guò)濾技術(shù)對(duì)污水進(jìn)行再生、出水回用于城市景觀水體的研究，并同普通石英砂過(guò)濾進(jìn)行了對(duì)比。

1　試驗(yàn)裝置與方法

　　原水為大連開發(fā)區(qū)水質(zhì)凈化二廠的二沉池出水，其水質(zhì)見表1。

表1　試驗(yàn)原水水質(zhì) 項(xiàng)目 COD(mg/L) BOD₅(mg/L) 濁度(NTU) NH₃-N(mg/L ) 細(xì)菌(個(gè)/mL) 大腸桿菌(個(gè)/L) 平均值 77.8 19.1 9.0 29.8 63150 13690

　　試驗(yàn)裝置見圖1。
　　原水由水泵打到高位水箱后經(jīng)管道自流進(jìn)入各濾柱。生物濾柱的填料為堅(jiān)硬、多孔、比表面積大的火山燒結(jié)石，采用上向流方式，空壓機(jī)曝氣，空氣由柱底進(jìn)入并通過(guò)穿孔管進(jìn)行布?xì)?，普通石英砂濾柱采用下向流方式，兩濾柱均采用氣水聯(lián)合反沖洗。生物濾柱的有關(guān)參數(shù)見表2。
　　生物濾柱采用自然法掛膜，大約20d可掛膜成功。試驗(yàn)主要考察不同水力負(fù)荷和冬、夏兩季不同溫度下的運(yùn)行效果以確定最佳運(yùn)行工況和參數(shù)。

表2　生物濾柱參數(shù) 濾柱高度(mm) 3000 濾速(m/h) 3～10 濾柱直徑(mm) 200 氣水比 3∶1 承托層厚度(mm) 200 水沖強(qiáng)度［L/(m²·s)］ 3～8 承托層粒徑(mm) 4～10 氣沖強(qiáng)度［L/(m²·s)］ 13～17 填料高度(mm) 1800 沖洗周期(d) 1 填料粒徑(mm) 3～8 沖洗時(shí)間(min) 10～15

2　結(jié)果與分析

2.1　兩種濾柱去除效果的比較
　　生物濾柱和石英砂濾柱對(duì)污染物的去除情況見表3。

表3　兩種濾柱去除效果的比較 項(xiàng)目 冬季 夏季 生物濾柱 石英砂濾柱 生物濾柱 石英砂濾柱 COD

　

進(jìn)水(mg/L) 100.2 68.4 出水(mg/L) 　61.4 77.2 46.9 56.7 去除率(%) 39 23 31 17 BOD₅ 進(jìn)水(mg/L) 26.8 14.8 出水(mg/L) 12.1 18.2 4.4 7.5 去除率(%) 55 32 70 49 濁度 進(jìn)水(NTU) 10.8 8 出水(NTU) 5.7 7.2 2.4 5.2 去除率(%) 47 33 70 35 NH₃-N 進(jìn)水(NTU) 　 8.4 出水(NTU) 　 　 6.3 8.2 去除率(%) 　 　 25 2

　　由表3可知，無(wú)論是冬季還是夏季生物濾柱的凈化效果均優(yōu)于普通石英砂濾柱，這是因?yàn)槠胀ㄊ⑸盀V柱主要借助濾料表面的粘附作用以及濾料空隙的機(jī)械截留作用對(duì)原水進(jìn)行凈化，而生物濾柱因采用火山燒結(jié)石作為濾料并進(jìn)行曝氣(溶解氧充足)而有利于微生物的生長(zhǎng)，微生物能使水中膠粒的Zeta電位降低而導(dǎo)致部分膠粒脫穩(wěn)并形成較大的顆粒，同時(shí)由微生物細(xì)胞分泌物所形成的胞外多聚物也使濾料對(duì)懸浮物質(zhì)的吸附作用得到了加強(qiáng)，濾料表面的生物還具有較強(qiáng)的氧化降解能力，其可對(duì)污水中的有機(jī)物進(jìn)行快速氧化。因此，生物濾柱對(duì)水中污染物的去除是吸附、過(guò)濾和生物氧化共同作用的結(jié)果。
2.2　溫度、進(jìn)水COD濃度對(duì)處理效果的影響
　　由表3可知，生物濾柱在夏季對(duì)BOD₅、NH₃-N和濁度的去除率要比冬季時(shí)的高10%～20%，而對(duì)COD的去除情況則相反，其原因是：①夏、冬兩季濾柱的水力負(fù)荷不同。在夏季試驗(yàn)期間水力負(fù)荷的變化范圍較大(高水力負(fù)荷時(shí)出水中的COD一直很高)，而在冬季濾柱一直在低水力負(fù)荷下運(yùn)行；②進(jìn)水中的COD濃度不同。試驗(yàn)表明，COD去除率與其進(jìn)水濃度呈正相關(guān)關(guān)系，試驗(yàn)中冬季進(jìn)水?COD的平均值為100.2mg/L，而夏季進(jìn)水COD的平均值僅為68.4mg/L。同時(shí)這也說(shuō)明了生物膜的生長(zhǎng)需要有足夠的養(yǎng)料。
2.3　水力負(fù)荷對(duì)生物膜過(guò)濾的影響
　　試驗(yàn)結(jié)果表明，濾柱對(duì)原水的凈化效果與水力負(fù)荷有關(guān)(冬季表現(xiàn)得尤為明顯)。在冬季，當(dāng)水力負(fù)荷為3m³/(m²·h)時(shí)其對(duì)COD的去除率＞30%，對(duì)BOD₅的去除率＞50%；但當(dāng)水力負(fù)荷提高到5m³/(m²·h)時(shí)其對(duì)COD的最高去除率僅為18%(平均去除率為15%)，對(duì)BOD₅的最高去除率為25%(平均去除率為20%)。在夏季隨著水力負(fù)荷的增加則出水COD逐漸升高、其去除率逐漸降低。但在水力負(fù)荷為3～7m³/(m²·h)時(shí)其變化對(duì)凈化效果影響不大，出水均能滿足GB12941—91中的景觀娛樂用水的水質(zhì)要求(NH₃-N除外)。
　　BOD₅、濁度、NH₃-N在不同水力負(fù)荷時(shí)的去除率變化趨勢(shì)與COD的相似。在低水力負(fù)荷條件下水中可被微生物利用的有機(jī)物在沿水流方向上不斷地被微生物分解、吸收和利用，使得大部分營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)在濾柱的下部被去除，當(dāng)其到達(dá)生物濾柱上半部分后已不能滿足微生物對(duì)營(yíng)養(yǎng)的要求，從而不能形成對(duì)有機(jī)物有較強(qiáng)降解能力的菌膠團(tuán)。當(dāng)水力負(fù)荷提高后(在單位時(shí)間進(jìn)入生物濾柱的有機(jī)物增加，水力停留時(shí)間縮短)水中更多的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)就能到達(dá)濾柱的上半部分，這使上半部分的微生物得到了一定程度上增殖(導(dǎo)致生物濾柱內(nèi)的生物量 增加)，提高了對(duì)有機(jī)物的利用率。因此，盡管水力負(fù)荷增加、停留時(shí)間縮短，但出水仍能滿足相關(guān)的水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)要求。當(dāng)水力負(fù)荷達(dá)到10m³/(m²·h)時(shí)，生物濾柱的出水已不能滿足相應(yīng)的水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)要求，這是由于濾層中的微生物對(duì)有機(jī)物的去除是有一定的限度的；另一方面，水力負(fù)荷的增加也增加了生物過(guò)濾處理系統(tǒng)的不穩(wěn)定性。因此，冬季的水力負(fù)荷采用3m³/(m²·h)、夏季的水力負(fù)荷采用7m³/(m²·h)較為適宜。?
2.4　生物濾柱的反沖洗?
　　試驗(yàn)采用氣水聯(lián)合反沖洗，在強(qiáng)大的氣流和水流所形成的剪切力作用下生物膜大量脫落，原以為反沖洗后的處理效果會(huì)很差，但試驗(yàn)結(jié)果表明，反沖洗3h后生物濾柱對(duì)濁度、BOD、COD的去除率就恢復(fù)到正常水平，這可能是因?yàn)樯锬け旧愍?dú)特的結(jié)構(gòu)對(duì)流體產(chǎn)生的剪切力具有一定的緩沖作用，能夠使生物填料表面即使在反沖洗后依然保持著一薄層、結(jié)構(gòu)緊密的生物膜，它具有較高的傳輸效率，從而使濾柱能對(duì)水中污染物保持較高的去除率。

3　經(jīng)濟(jì)分析

　　生物膜過(guò)濾工藝占地面積小，采用該工藝的污水回用廠只需在原二級(jí)處理的基礎(chǔ)上建設(shè)即可，且投資少、運(yùn)行費(fèi)用低(總成本僅為0.30～0.40元/m³)，其處理出水基本可滿足景觀水體的回用要求，非常適合在我國(guó)推廣使用。

4　結(jié)論?

　?、儆捎谖⑸锏淖饔茫餅V柱的吸附、過(guò)濾作用得到了加強(qiáng)，同時(shí)它還有氧化作用，這使得生物濾柱的凈化效果較普通石英砂濾柱的大為改善。?
　?、跍囟葘?duì)生物濾柱的處理效果有一定的影響，夏季的凈化效果優(yōu)于冬季。
　?、墼谝欢ǖ乃ω?fù)荷下，COD的去除率與其進(jìn)水濃度呈正向相關(guān)性。隨著水力負(fù)荷的 增加則生物濾柱出水的各項(xiàng)檢測(cè)指標(biāo)值逐漸升高，去除率逐漸降低。由試驗(yàn)知，冬季宜采用低水力負(fù)荷［3 m³/(m²·h)］運(yùn)行，夏季水力負(fù)荷采用7 m³/(m²·h)比較適宜。
　?、芊礇_洗對(duì)生物濾柱處理效果的影響并不大，生物濾柱在反沖洗后很快便可恢復(fù)正常運(yùn)行。
　?、萆锬み^(guò)濾工藝的出水可回用于城市景觀水體，其可選擇在原有的二級(jí)污水處理廠后續(xù)建，從而大大節(jié)省了基建投資和運(yùn)行費(fèi)用，值得大力推廣。

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　　收稿日期：2002-05-27