（环境科学专业论文）梯式生态滤池处理山区农村生活污水的技术开发研究.pdf

东南大学硕士学位论文 t e c h n i c a ld e v e l o p m e n ts t u d yo n t h et r e a t m e n t o fr u r a ld o m e s t i cs e w a g ei nm o u n t a i n o u sa r e a b y l a d d e r l i k ee c o f 1 1 月e rp r o c e s s s o u t h e a s tu n i v e r s i t y p o s t g r a d u a t e ：j i a n gy o n g - w e is u p e r v i s o r ：p r o f l ix i a n n i n g a b s t r a c t n o n - p o i n ts o u r c ep o l l u t i o nh a sb e c o m ea l li m p o r t a n te x o g e n o u sp o l l u t i o no ft a i h ul a k ew h i c hh a sa g r e a ti n f l u e n c et ol a k ee u t r o p h i c a t i o n a st h em a i nc o m p o n e n to fa 鲥c u l t u r a ln o n - p o i n ts o u r c ep o l l u t i o n ， r u r a ld o m e s t i cs e w a g eh a sn o tb e e nt r e a t e de f f e c t i v e l yw h i c hr e s u l t e df r o md i s p e r s i v ed i s c h a r g i n g ，d i f f i c u l t c o l l e c t i n ga sw e l la se c o n o m i cc o n d i t i o n s t h e r ea r em a n yf u l ld e v e l o p e dt e c h n i c si nt h er e g i o no fu r b a n s e w a g et r e a t m e n ta th o m ea n da b r o a d , h o w e v e ri t i si m p o s s i b l et op o p u l a r i z ei nr u r a la r e af o rt h et o o c o m p l e xp r o c e s s e s ，h i i g he n e r g ya n df u n dc o n s u m p t i o na n dt h en e e do fp r o f e s s i o n a lm a n a g e r s i nt h i sc a s e ， i ti su r g e n tt od e v e l o pal o wc o s ta n de a s ym a n a g e m e n tp r o c e s sw h i c hc a l ls a t i s f yt h ed e m a n do f n i t r o g e n a n dp h o s p h e r a sr e m o v a li nt a i h ul a k eb a s i n a c c o r d i n gt ot h er u r a lp o l l u t i o nc o n d i t i o ni nt a i h ul a k eb a s i na n dt h et o p o g r a p h i c a lc h a r a c t e r i s t i co f m o u n t a i n o u sa r e a ，al a d d e r l i k ee c o - f i i t e rp r o c e s s ( l e f ) w a sd e v e l o p e d t h i sp r o c e s sl a d d e r l i k e l yd i s p o s a l t h ee c o - f i l t e r sw h i c hc a l lc o m p l e t e l ym a k eu s eo ft h ep o t e n t i a le n e r g yo ft h es e w a g e ，s ot h a tt h e r ei sn o e n e r g yc o n s u m p t i o ni nt h ew h o l eo p e r a t i o n i ti m p r o v e st h ea e r a t i o ne f f e c tb yc o m b h i n gs p l a s h i n ga n d v e n t i l a t i n gn a t u r a l l yt o g e t h e r d e n i t r i f i c a t i o ni s a l s oe n h a n c e db yd i s p o s i n ga e r o b i ce c o - f i l t e r sa n da n o x i c e c o - f i l t e r sa l t e r n a t e l yi ns e r i e s ，a n dt h e r ei sn oc i r c u m f l u e n c ew h i c hm a k e st h ep r o c e s ss i m p l e t h ep o l l u t a n t sr e m o v a le f f e c ta n di n f l u e n c i n gf a c t o r so ft h el a d d e r l i k ee c o - f i l t e rp r o c e s sw e l em a i n l y s t u d i e di nt h i sp a p e r a l s o ，t h ed e n i t r i f i c a t i o nf u n c t i o nw a se n h a n c e da n dn i t r i f i c a t i o nf u n c t i o nw a sf u r t h e r i m p r o v e d m a i nr e s u l t so f t h er e s e a r c ha r es u m m a r i z e da sf o l l o w s ： l - t h ep o l l u t a n t sr e m o v a le f f e c to ft h el a d d e r l i k ee c o - f i l t e rp r o c e s sc o u l db ea f f e c t e db yt h e c h a r a c t e r so ff i l t e rm e d i aa n dt e c h n i c a ll o a d s w h e nu s i n gc i n d e ra st h ef i l t e rm e d i a , t h ep o l l u t a n t sr e m o v a l e f f e c ti sb e t t e rt h a nu s i n gp e r l i t ea st h ef i l t e rm e d i a a st h eh y d r a u l i cl o a dw a s1 5m 3 m - 2 f f l t h ea v e r a g e r e m o v a lr a t e so fc o d ，n h 4 + - n ，t o t a ln i t r o g e na n dt o t a lp h o s p h o r u so ft h el a d d e r l i k ee c o - f i l t e ru s i n g c i n d e ra st h ef i l t e rm e d i aw e r e9 3 4 ，9 7 8 ，6 4 3 a n d9 7 7 ，r e s p e c t i v e l y , t h ea v e r a g ee f f l u e n t c o n c e n t r a t i o n sw e r e2 1 5 7m g 。l 一，0 7 6m g 。l 1 ，1 6 0 2m g l 1a n do 1 lm g l 一，r e s p e c t i v e i y t b ec o d ， n i l 4 十- na n dt o t a lp h o s p h o r u sc o n c e n t r a t i o n sm e tt h ef h s tc l a s sac r i t e r i aa n dt o t a in i t r o g e nc o n c e n t r a t i o n m e tt h ef k s tc l a s sbc r i t e r i aw h i c hb o t hi s s u e db yt h ed i s c h a r g es t a n d a r do f p o l l u t a n t s f o rm u n i c i p a l w a s t e w a t e rt r e a t m e n tp l a n t ( g b18 918 - 2 0 0 2 ) 2 c a r b o ns o u r c ew a sa d d e da n dc o n c e n t r a t i o no fd i s s o l v e do x y g e nw a sr e d u t e db ys p l i t t i n gt h e e f f l u e n to fa n a e r o b i ct a n kt ot h et h i r d - g r a d ea n o x i ce e o - f i l t e rw h i c he n h a n c e dt h ed e n i t r i f i c a t i o nf u n c t i o n o ft h ef i l t e r w h e nt h es p l i tr a t i oc h a n g ef r o ml 6t o1 1 t h ea v e r a g er e m o v a lr a t e so ft nw e r e5 4 3 t o 6 8 1 r e s p e c t i v e l y , w i t ha v e r a g ee f f l u e n tc o n c e n t r a t i o n so f t nb e i n g1 5 o lm g l 一，1 6 1 3m g l ，1 1 2 6 m g l ，1 0 3 3m g - l - 1a n d1 0 ，9 8m g l 1 ，r e s p e c t i v e l y w h e nt h es p l i tr a t i ow a s2 3 ，t h es u r f a c eo ft h e f o u r t h - g r a d ef i l t e ra e r o b i ca p p e a r e ds e e p e r , a n dt h ee f f l u e n tc o n c e n t r a t i o n so ft nm e tt h ef i r s tc l a s sc r i t e r i a i s s u e db yt h ed i s c h a r g es t a n d a r do f p o l l u t a n t s f o rm u n i c i p a lw a s t e w a t e rt r e a t m e n tp l a n t ( g b18 918 - 2 0 0 2 ) ( 1 5m g l 1 ) w h e nt h es p l i tr a t i ow a s1 2 , s ot h eo p t i m u ms p l i tr a t i ow a ss e ta sl 2 1 i a b s t r a c t 3 i nt h ea c t u a lp r o c e s s t h ea n a e r o b i ct a n kc o u l da d j u s tw a t e rq u a l i t ya n dq u a n t i t yr e a l l yw e l ls ot h a t m i t i g a t et h ei m p a c to ft h ei n s t a n t a n e o u sl o a dt ol a d d e r l i k ee c o - f i l t e gb yc o n t r o l l i n gt h ev a l v e s ，t h e h y d r a u l i cl o a do f t h et h i r d - g r a d ea n o x i ce c o - f i l t e rw a sh a l f o f t h ef i r s t - g r a d ea e r o b i ce c o - f i i t e r t h ea v e r a g e r e m o v a lr a t e so fc o d ，n h 4 + - n ，t na n dt pw e r e8 7 2 ，9 5 4 0 0 ，7 3 8 0 , 6a n d9 7 4 ，r e s p e c t i v e l y ，w i t h a v e r a g ec o n c e n t r a t i o n so fc o d ，l q r h - n ， ina n dt pb e i n g3 2 10m g l ，1 4 7m g l ，10 1 lm g l 1a n d o 1 2 m g + l 1 ，w h i c ha l lm e tt h ef i r s tc l a s sc r i t e r i ai s s u e db yt h ed i s c h a r g es t a n d a r do fp o l l u t a n t sf o r m u n i c i p a lw a s t e w a t e rt r e a t m e n tp l a n t ( g b i8 918 - 2 0 0 2 ) 4 珊l i l ek e e p i n gt h ef i l t e rm e d i ah e i g h to f t h ef w s ta n ds e c o n da e r o b i cf i l t e ra s9 0 c mhe i g h t ，r e g u l a t e d t h eh e i g h to ft h ef i r s t - g r a d ea e r o b i cf i l t e rm e d i af r o m4 5 c mt o3 0 c ma n dt h eh e i g h to ft h es e c o n d - g r a d e f i l t e rm e d i af r o m4 5 c mt o6 0 c m a f t e rt h er e g u l a t i o n ，t h et o t a ln i t r i f i c a t i o np o t e n t i a lo fa e r o b i cf i l t e r i n c r e a s e d1 2 7 哆句a n dt h ea v e r a g er e m o r a lr a t eo fn i - h + 一ni n c r e a s e df r o m7 7 1 t o8 6 3 t h ee f f l u e n t a v e r a g ec o n c e n t r a t i o no f n 鼍+ - nd e c r e a s e df r o m6 。3 6m g - l 叫t o3 8 5r a g l 1 t h er e s e a r c h i n gr e s u i t ss h o wt h a tt h ep o l l u t a n t sr e m o v a le f f e c to fl a d d e r l i k ee c o - f i l t e rp r o c e s si s s t a b l ea n di tc o u l db ew i d e l yp o p u l a r i z e di nm o u n t a i n o u sa r e a o rs o m eu n e v e n l yt a r a lr e g i o n k e yw o r d s ：r u r a ld o m e s t i cs e w a g e ；b i o f i l t e r ；l a d d e r l i k e ；d e n i t r i f i c a t i o n ；l o we n e r g yc o n s u m p t i o n ； d e v e l o p m e n ts t u d y h i 东南大学学位论文独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究 成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发 表或撰写过的研究成果，也不包含为获得东南大学或其它教育机构的学位或证书而使用 过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明 并表示了谢意。 研究生签名：鳓期：盘归 东南大学学位论文使用授权声明 东南大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆有权保留本人所送交学位论文的 复印件和电子文档，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。本人电子文档的内 容和纸质论文的内容相一致。除在保密期内的保密论文外，允许论文被查阅和借阅，可 以公布( 包括刊登) 论文的全部或部分内容。论文的公布( 包括刊登) 授权东南大学研 究生院办理。 ，切。 研究生签名：礓婚师签名：日期：丝厶i ! 第一章绪论 1 1 课题研究背景 1 1 1 我国水体富营养化现状 第一章绪论 近2 0 年来，随着经济的发展和人们生活水平的提高，我国的水体富营养化状况也呈逐步恶化趋 势。“2 0 0 7 年中国环境状况公报, , 1 1 1 指出，全国地表水污染依然严重，湖泊富营养化问题突出。如表 1 1 ，2 0 0 7 年2 8 个国控重点湖( 库) 中，满足i f 类水质的2 个，占7 1 ，较2 0 0 3 年增加一个；i i l 类的6 个，占2 1 4 ，与2 0 0 3 年持平；类的4 个，占1 4 3 ，较2 0 0 3 年减少3 个：v 类的5 个， 占1 7 9 ，较2 0 0 3 年增加1 个；劣v 类的1 1 个，占3 9 3 ，较2 0 0 3 年增加1 个。主要污染指标为 总氮和总磷。在监测的2 6 个湖( 库) 中，重度富营养的2 个，占7 7 ；中度富营养的3 个，占1 1 5 ； 轻度富营养的9 个，占3 4 6 。 表l l 重点湖( 库) 水质类别 近几年的环境状况公报数据表明，当前我国主要湖泊水质未有明显改善，主要湖泊氮、磷浓度 居高不下，富营养化问题仍然突出。 1 1 2 太湖流域水体污染现状 太湖流域地处长江三角洲的南翼，总面积3 6 5 0 0 k m 2 ，是我国著名的水网地区，境内河道纵横交 错，流域水面率达1 6 8 。太湖流域行政区划分属江苏、浙江、上海、安徽三省一市，其中江苏占 5 2 6 ，浙江占3 2 8 ，上海占1 4 ，安徽占0 6 。整个流域地势西高东低，大致以丹阳一溧阳一 宜兴一湖州一杭州一线为界分平原与山地丘陵两大部分，东部为太湖平原，是全流域的主体，面积 约占流域总面积的3 0 ，其中上海占1 2 ，江苏占4 4 ，浙江占2 4 。西侧为山地丘陵，约占总面 积的2 0 0 0 ，其中浙江占1 3 ，江苏占7 0 0 。 太湖流域人口约3 4 0 0 万，是全国经济发展最快的地区。自8 0 年代以来，随着太湖流域经济高度 发展的同时，流域内水污染日益严重，太湖水质逐年下降，突出反映在河网水质污染和湖泊富营养 化。2 0 0 7 年，太湖水体总体为劣v 类。2 1 个国控监测点位中，类、v 类和劣v 类水质的点位比例 分别为2 3 8 、1 9 o 和5 7 2 。与上年相比，水质有所好转，劣v 类水质比例较上年下降2 8 个百分 点。湖体处于中度富营养状态，主要污染指标为总氮。太湖环湖河流水质总体为中度污染，如图1 一l ， 与上年相比，水质无明显变化，主要污染指标为氨氮、五日生化需氧量和石油类。2 0 0 7 年太湖大规 模爆发蓝藻水华，严重影响到流域人民生活饮用和工农业生产活动的供水安全。 术m 女学顼十 n 论i 田l i2 0 0 7 年太湖环瑚河流水质类别比倒 1 1 3 太湖流域农村生活污水现状 t _ i3 1 太潮流域农村生活污水对承伴枵染的影响 太湖流域农村人口密橐由于生产生活方式的变化越来越多的农_ r 开始使用卫7 e 洁其，产生 的生活污水不再沤肥还口。大多数农村没彳污水收集系统，生活污水通过化粪池港 地下水部分 靠近河道的表户直接| | 入附近水体污水肆意漉消，有收集系统的村落，也仪是不完整的无盖明集 且渠道赭积堵塞严重，每逢雨季污水刚四处流淌。由于农村生活污水不能有效地收集，难以得到有 效的控制且渡地区阿水丰沛、河网峦布农村生活污水所含的氟、碡污染物经径流亍 入水伊4 ， 是造成水体污染和富营养化的重要f j 染谭之 。未经处理的生括抖水肆意捧放，严重污染了农村的 生态环境。直接威胁广犬农民群众的身体健康吼及农村的经济发展。 如表l - 2 所示，太湖地区污染物捧放总量中，对富营养化控制而古城镇生活污水和面源污染 物是主要控制对象，对其他有机污染，工业废水的控错也是十分重要的“。从全流域总氪排放负荷 米看，面源污染占5 5 ；从总薛捧放负荷柬看，面源污染占2 8 由于衙源污染的控制没有突破性 进展，导致氮、磷的排放量居高不下，水体富营养化现象日益加重作为面潭污染重要组成的农村 生活污水，是导致太湖庶体富营养化的重要影响因素之一。且随着城镇生活污水处理设施舶进一步 完善- 工业和企业的选标挣放以及农村居民生括水平的进一步提高农村生活污水的处理就显得越 发迫切 表l - 2 太湖地区主要污染薄在排污总量中的比倒( ) r 船谭 t pt n c o d c 话* 承 4 2 * 女 i n 废水 ： 日日m w ( * 女、m 等) 来在内 i 13 0 太湖瀛境农村生活污求特征 东南大学环境科学与工程系承担的国家高新技术发展计划( 8 6 3 ) “太湖木污染控制与永体修复技术 盈工程示范”重大专项的子课题叶日两区农业面源污染控制成套技术及工程示范弋2 0 0 2 a a 6 0 1 0 1 2 - i a ) 课 旺调查结果表明农村生活污永具有以下捧放特征： ( 1 ) 水质方面 在宣措示范点农村地区，老居住区污水c 0 d h 日平均可达7 8 0 _ - 1 3 4 9 m g - u 。1 新居住区平均在3 5 0 4 5 0 m g l l 之问旧居住区有机钫浓度是新居住区的2 - - 4 倍，选与旧居住区居民用承反复使用有关。在 n ，p 浓度上新旧居住区相差不大，t k n 浓度最高为7 【卜- 8 0 m f 0 ，平均为拍m g 一t p 最大为4 5 6 5 m g l i 之间t 平均为2 8 m g u 。污水b o d i c o d 约为0 5 ，适于生物处理。而部分污水碳氮比失谓， 不利于生物脱氰 由于生活习惯的限制，农村用水一般呈现多元化一般以河水、井水和自来水三者结合使用，自来 2 第一章绪论 水为饮用水源，河水、井水用于衣物洗涤、冲刷地面、饲养家禽等；有调金显示p j ，农村人群所排粪便 7 6 6 还田，作为农作物的有机肥料。还有少部分由于没有卫生洁具或合理的集水系统，任意流出居住 区。冈此，农村生活污水主要是洗涤、沫浴等用水，水质浓度较低。丽当居民区有较多化粪池污水时， 水质浓度较高。 ( 2 ) 水量方面 通过调查和定点实测示范区代表性自然村农户用水及排水情况，发现新居住区农户牛活水平较高， 有卫生洁具的住户可达6 0 以上，平均每户用水量可达l 啦1 4 吨月，而旧居住区农户基本无卫生洁具， 平均每户用水量仅3 5 吨，月。生活污水排放量，旧居住区在3 0 4 0 l 之间，新居住区在日人均在8 0 l 左右，有些地方达到1 5 0 l 。新旧居住区人均污水排放量相差较大。 农村生活污水的排放为不均匀排放，瞬时变化较大，日变化系数通常在3 0 5 0 之间，在某些变化 较大的情形下更可能达到1 0 0 以上；由于没有合理的规划，农村生活污水的排放呈现多种渠道：排入附 近河流的比例占4 1 8 ；其次有3 3 8 排入下水道( 简易) ，最终还是流向河流或者渗入土壤；1 4 4 随意 泼洒；4 3 排入农田：其他为5 7 0 1 ：另外，农村生活污水水量因地区性经济程度的差异而有着较大的 不同。 1 2 课题研究目的及意义 1 2 1 课题的提出 综上所述，太湖水体富营养化程度得不到明显改善，与面源污染尚未得到有效控制密切相关。 而农村生活污水作为面源污染的重要组成部分，不仅排放分散、收集困难，且受农村技术、经济条 件的制约，长期得不到有效的处理。 国内外在城市污水处理方面已有成熟经验并形成了诸多成熟工艺，但是农村生活污水的处理不 能照搬城市污水处理厂一的工艺流程与管理方式，虽然城市污水处理，一的除磷脱氮已有多种成熟1 j 艺 可供选择，但是工艺中有污泥刨流、混合液i 旦| 流，还须定期排放剩余污泥，并采用加药和机械脱水 工艺，才能保证除磷效果，所有这些都需要高昂的投资与运行费用并配备专业管理人员的队伍，这 在广大的农村地区是很难实现的。目前国内外针对农村生活污水处理已有较多研究，而且很多已经 得到广泛应用，如厌氧生物处理技术1 6 1 、人工湿地处理技术 7 1 、土壤地下渗滤处理技术【8 j 、生物生态 组合处理技术例等。 “梯式生态滤池工艺”是针对太湖流域丘陵山区而开发的，充分利用了太湖流域多丘陵的特征， 不仅脱氮除磷效果好，而且无动力运行，这样使得工艺的投资和运行费用大为降低，简单的工艺流 程使得工艺的运行维护十分简便，非常适于在丘陵山区或存在一定地势落差的农村地区推广应用。 1 2 2 研究目的及意义 ( 1 ) 研究梯式生态滤池工艺对t h i s 农村生活污水的处理效果，对其建设和运行费用进行经济性分析， 探究梯式生态滤池工艺处理农村生活污水的可行性； ( 2 ) 根据工艺的运行效果，总结其特点和影响因素，优化运行工况，为该工艺的推广应用提供理论 基础，以期为其他富营养化水体流域内的山区农村生活污水处理提供理论依据和技术指导。 1 3 生物滤池工艺概述 在1 9 世纪末期的1 8 9 3 年，英国进行将污水在粗滤料上喷洒净化试验取得了良好的进化效果， 作为生物膜反应器的生物滤池开始问世，并从此开始用于污水处理的实践。在2 0 世纪2 0 , - - - 3 0 年代， 3 东南人学硕七学化论文 开始建造了许多生物膜反应器系统，其主要形式就是生物滤池。 普通生物滤池，也称滴滤池。是生物膜反应器的最初形式，随着对其研究的不断深入和实际运 行经验的不断积累。生物滤池已有原来承受较低负荷的普通生物滤池逐步发展成为承受较高负荷的 高负荷生物滤池和塔式生物滤池，此外还有处于无氧操作条件下的厌氧生物滤池和活性污泥曝气池 串联在一起的活性生物滤池l l 们。 1 3 1 生物滤池的结构 如图l - 2 所示，生物滤池一般由五部分组成：池体、滤料床、布水投配系统、排水系统和空气 通风系统。 进水 空气 回 流 布水投配系统 空气通风系统 排水系统 滤科床 池体 空气 出水 匿1 2 生物滤池构造图 池体在平面上多呈方形、矩形或圆形；池壁多用砖石筑造，一般应高出滤料表面0 5 o 9 m 。具 有围护滤料的作用，并防止风力对池表面均匀布水滤料床提供微生物附着生长所需的介质。滤料可 以是砾石、木板条及各种类型和形状的合成塑料。池体用于存放滤料、容纳投配的废水及控制风的 影响。布水系统必须保证能均匀布水，使所有的滤料都能被润湿。排水系统有两种作用：一是收集 出水并排放或进一步处理：另一种是提供通道保持滤床内的通风。通风方式有两种：自然通风和机 械通风，前者依靠池内外空气密度差，由下而上或由上而下通过滤床。 1 3 2 生物滤池的工作原理 生物滤池是以土壤自净原理为依据，在污水灌溉的实践基础上，经较原始的间歇沙滤池和接触 滤池发展起来的人工生物处理技术。被处理的污水长时间以滴状喷洒在块状滤料层的表面上，在污 水流经的表面上就会形成生物膜，待生物膜成熟后，栖息在生物膜上的微生物即摄取流经污水中的 有机物作为营养从而使污水得到净化。 可溶性有机物通过扩散进入附着在滤料表面的生物膜，作为异养菌的碳源和能源被利用。胶体 和颗粒状有机物首先通过吸附和网捕到达生物膜表面，经胞外水解酶分解成溶解状有机物，由生物 膜内的异养微生物进行代谢。氨氮通过扩散进入生物膜，部分被异养菌合成为生物质，余下的被硝 化菌氧化成硝酸盐氮。有机物去除和氨氮硝化导致附加的生物质，使生物膜的厚度得以增加。当生 物膜过厚时发生脱落，脱落的生物膜随蹦水排出。基质扩散对生物膜内代谢过程起着控制作用。 生物滤池内的液体流态，般认为是带有弥散的推流式。由于这种流态和微生物的附着生长， 沿滤床不同深度上生长着不同种类的微生物。如图l - 3 所示，通常在滤床上部主要进行碳氧化过程， 异养菌为优势菌种，大部分含碳有机物在滤床上部被去除。而水流到滤床下部时，含碳有机物已大 部分被去除，c o d 大致降到2 0 m g u 1 以下，限制了异养菌的生长，此时水中氨氮含量仍相对较高， 硝化细菌成为优势菌种，并在生物膜内稳定增长，完成对氨氮的氧化 5 】 4 第一章绪论 笆懋解 氨氨浓度生物降解反应 有机物浓度 氨氨浓度生物降解反应 高 高 低高 异养菌比硝化细菌生长快，因 此溶解性可生物降解有机物质 的去除将在此发生 异养菌生长受溶解性可生物降 辫有机物质浓度的限制，因此 硝化细菌生长，硝化作用发生 由于基质限制，细菌几乎不存 低低 在净增长，导致生物膜很薄， 捕食者也许过度生长，导致细 出水 菡在介质上。散落“生长 i 习1 - 3 在碳氧化和氮硝化合并处理的生物滤池中各种深度上发生的生物反应 1 3 3 生物滤池性能的影响因素 1 3 3 1 负荷 生物滤池滤料容积的计算一般按负荷率计算，有两种负荷率：容积负荷率和水力负荷率。普通 生物滤池处理生活污水或以生活污水为主体的城市污水时，水力负荷一般为1 - - 3 m 3 - 1 3 1 2 d 1 ，b o d 5 容积负荷为0 1 5 o 3 0 k g m - 3 d - 1 ，属于低负荷生物滤池。高负荷生物滤池b o d 容积负荷率比低负荷生 物滤池高6 8 倍，水力负荷则高达1 0 倍。 傅金祥掣1 2 j 通过试验对比水力负荷变化对c o d 、n h ，n 和t n 去除效果的影响，结果表明：a o 生物滤池水力负荷的增加，回流混合液带入更多的溶解氧，加强水流在滤柱内的扰动，增强了滤柱 内的复氧，破坏缺氧滤柱内缺氧环境，这对反硝化及总氮的去除是不利的。 杨健等i l 习研究发现水力负荷对蚯蚓生物滤池影响较小。不同类型的生物滤池对水力负荷和容积 负荷的要求不一样，针对生物滤池的特性确定其负荷，是保证出水水质达标的关键。 1 3 3 2c 烈 c n 比是生物滤池稳定运行的一个重要因素，主要影响生物滤池的硝化作用。若污永中有机物含 量高，会促进异养微生物的增长而与硝化细菌生长竞争氧气，不利于硝化作用的进行，并且其代谢 残体会导致滤池的阻塞。当控制污水的c n 较低时，也可以提高t n 去除率【1 4 l 。 1 3 3 3 p h 值 陈桐生等i ”】采用分子生物学方法研究生物滤池中不同p h 环境下的微生物种群的基因多样性，结 果表明，除臭生物滤池在不同的p h 条件下，微生物的多样性及其丰度存在较大差别，强酸性对微生 物具有较高的选择作用，与中性条件相比，微生物种群多样性相对较低。在生物滤池运行过程中， 只要维持微生物系统稳定，p h 直在一个较宽的范围内波动，仍可以得到理想的去除效果。 5 东南入学硕士学位论文 1 3 3 4 滤料 滤料可以分为石料滤料和高速介质。石料滤料包括沸石，珍珠岩等天然滤料，高速滤料包括各 种构型的p v c 板和一些塑料几何构型的介质。相对于石料滤料，高速滤料材质轻且比表面积大，但 由于石料介质由无机成分构成，不会由于丢弃瓜造成二次污染。石料滤料上形成的生物膜通常较厚 并具有丰富的生物多样性。 1 3 3 5 温度 很多情况下，生物滤池对基质的去除速率主要是受传质速率控制，而不是生物反应的速率。温 度对传质速率的影响只是一般，故温度对滤池的运行效果影响也只是般。然而，如果滤池外形构 造不合理，在寒冷的气候热量损失过人，池内水温急剧下降，则导致生物反应严重受阻。 温度还对硝化和反硝化反应产生影响。反硝化反应的适宜温度为2 0 4 0 ，硝化反应的适宜温 度是2 0 3 04 c ，1 5 以下时，硝化和反硝化速率都会降低。 1 3 3 6 溶解氧 大多数生物滤池采用自然通风方式供氧。牛物滤池中，氧是在自然条件下，通过池内、外空气 的流通转移到污水中，并通过污水而扩散传递到生物膜内部的。设计合理的生物滤池中，只需很小 的动力去带动空气流动。微生物对有机物分解和硝化反应过程都需要有氧的参与，溶解氧高低必将 影响有机物分解和硝化反应。据试验结果证实，硝化反应溶解氧含量不能低于l m g - l 1 。而反硝化菌 是异养兼性厌氧菌，在厌氧、好氧交管的环境中生活为宜，溶解氧应控制在0 5 r a g - l 1 1 1 6 1 。 1 3 4 生物滤池技术的应用 生物滤池是近年来发展较快的一种古老而新型的水处理技术，具有单位体积所含生物量高、不 易产生污泥膨胀、基建投资少、占地面积小、运行费用低及管理方便等优点，越来越得到人们的关 注与认同，并已应用在国内外许多城市污、废水处理及废水回用中1 1 日。生物滤池处理餐饮废水i i 引， 系统出水的c o d 、氨氮、总氮和总磷分别在1 0 0 r a g l 1 、7 m g - l 、1 6 m g l q 和0 7 m g l 1 以下。国外， 生物滤池多被用于处理水产养殖废水的，并表现出较强的氮去除能力1 1 9 - 2 0 l ，处理印染废水时，c o d 去除率6 0 - - - 7 0 t 2 1 1 。 另外，在生物滤池的基础1 - 发展出了曝气生物滤池| 2 2 - 2 4 1 ，曝气生物滤池强化了微生物作用，将 生物氧化机理与深床过滤机理有机结合，提高了污染物的去除效率。 随着对污水处理水质要求的提高，特别是对出水氮磷指标的重视，出现了多种生物滤池技术， 以适应发展的要求。曹大伟等【25 】采用由缺氧池和溅水充氧生物滤池组成地埋式一体化生物滤池工艺 处理农村生活污水。通过设置前置缺氧池进行反硝化脱氮，通过拔风和溅水来强化充氧效果，中试 结果表明，该工艺对c o d 、n h 4 + - n 、t n 和t p 平均去除率分别达6 3 1 、9 2 2 、6 8 6 和4 7 5 ，出水 永质达到了城镇污水处理厂污染物排放标准( g b | 8 9 1 8 2 0 0 2 ) 的一级标准。韩润平等瞄1 构建了一 种复合床生态滤池，利用微生物和蚯蚓共同组成人工生态系统，水力负荷2 0m 3 m - 2 d - 1 处理城市污水 仍有较好效果。 6 第二章梯式牛态滤池工艺的建立与研究内容 第二章梯式生态滤池工艺的建立与研究内容 2 , 1 梯式生态滤池工艺的建立 梯式生态滤池工艺( 指厌氧池和梯式生态滤池两个单元的组合工艺，下同) 是针对丘陵山区或 存在一定地势落差地区而开发的，具备脱氮和除磷的双重功能，旨在为技术经济薄弱的农村地区提 供一种投资和运行费用低、运行维护简便的工艺，以期为其他富营养化水体流域内的山区农村生活 污水处理提供理论依据和技术指导。 2 , 1 1 梯式生态滤池工艺流程 皇趔咂匝堆至! 堕驴塑蟹 图2 - i “厌氧池梯武生态滤池”工艺流程图 i 至t 2 - 2 高效折板厌氧池剖面示意图 1 折流板2 上流室3 下流室 “厌氧池梯式生态滤池”工艺流程如图2 1 所示。农村生活污水经管网收集后，直接自流入厌 氧池，厌氧池出水经半管式溢流布水管自流入梯式生态滤池，梯式生态滤池阶梯式布置为网级，第 一、二级为好氧滤池，第三级为缺氧滤池，第四级为好氧滤池，生态滤池出水流入沉淀区进行固液 分离后排出。厌氧池部分出水直接分流至第三级缺氧滤池，作为反硝化碳源补充。 厌氧池与梯式生态滤池集成组合，各单元分工明确、发挥了各自的特点：厌氧发酵担负预处理、 有效降低有机物浓度的功能，降低好氧滤池的需氧量：梯式生态滤池第一、二级好氧滤池主要是进 行碳氧化去除有机物，并进行硝化去除氨氮；第三级缺氧滤池则进行反硝化脱氮：最后一级好氧滤 池进步去除污染物，起到水质保证的作用。好氧滤池表层种植植物主要担负氮、磷营养物质的去 除。 厌氧池采用高效折板厌氧池，其结构如图2 - 2 所示，通过设置上下折流板将厌氧池分为串联运 行的下流室和上流室。 7 东南大学硕士学位论文 2 1 2 梯式生态滤池装置 第一级-第二级：第三级：第四级： 好氧滤池好氧滤池缺氧滤池好氧滤池 图2 - 3 梯式生态滤池装置剖面示意图 i 第一级好氧滤池2 第二级好氧滤池3 第三级缺氧滤池4 第四级好氧滤池5 滤料 6 植物7 。半管式溢流布水管8 。穿孔集水管9 分流廊水管lo 隔板1 1 隔板底部开孔1 2 。沉淀池 梯式生态滤池装置是整个工艺的核心单元。图2 3 所示为梯式生态滤池装置剖面示意图。该装 置建于太湖上游宜兴市南部丘陵山区，依地势而建。设计处理能力为1 5m a d - 1 ，5 组并行，每组设计 处理能力3m 3 - d 。装置主体为砖混结构，每级滤池介绍如下： 第一级好氧滤池：长x 宽x 高为2 0 m x1 0 m x0 8 5 m ，溅水高度0 4 0 m ，填充滤料高度0 4 5 m ， 表面种植水芹： 第二级好氧滤池：长x 宽x 高为2 0 m x1 0 m xo 8 5 m ，溅水高度0 4 0 m ，填充滤料高度0 4 5 m ， 表面种植水芹； 第三级缺氧滤池：长宽x 高为2 0 r e x l 0 m x 0 8 5 m ，填充滤料高度0 6 5 m ，超高2 0 c m ；中间 设置折流板，底部开孔高2 0 c m ： 第p n q 级好氧滤池：长宽x 高为2 0 r e x1 0 m x1 6 0 m ，溅水高度0 4 0 m ，填充滤料商度1 2 0 m ， 表面种植水芹； 布水方式采取半管溢流布水，水管采用尺寸为d n l l 0 的p v c 管。第二级滤池的布水管与第一级 滤池底部穿孔集水管相连。 8 第= # 梯e 滤i z 建女；h r 自# 露羞鲞盖毒茹荤i ： 山。二= = 二t = 一_ 2 兰学n 嶝笼= 严 、 豳m -暑 鲤翅躐渤l = = i _ 二 崩垂 基裁jl 毪。二蔷擎i = = ：= 墨 瓢i 幽 田2 梯孟生态砖渣实物圈 东南人学硕士学位论文 2 1 3 技术特点 与传统生物滤池相比，梯式生态滤池工艺有较大的创新，主要特点如下： l 、由于采用阶梯式布置生态滤池，充分利用污水排放点的势能，实际运行过程中不需要消耗动力； 此外，采用溅水充氧、生态滤池底部集水穿孔管自然通风充氧相结合的形式，提高了充氧效果， 省却了曝气所需的动力消耗，投资和运行费用低，简化了运行维护的复杂程度。 2 、厌氧池与梯式生态滤池集成组合，各单元分工明确、发挥了各自的特点：厌氧发酵担负预处理、 有效降低有机物浓度的功能，降低好氧滤池的需氧量：好氧滤池主要进行碳氧化去除有机物， 进行硝化去除氨氮；缺氧滤池则进行反硝化脱氮；最后一级好氧滤池进一步去除污染物，起到 水质保证的作用。 3 、好氧滤池与缺氧滤池交替串联，提高了脱氮效果，省却了回流的步骤，工艺流程简单，日常管理 十分简便，基本实现无人管理式运行。 4 、与普通生物滤池相比，好氧滤池表层种植植物，既可有效吸收氮、磷等营养物，同时植物茎叶分 散布水使之更均匀，并町产生一定的经济效益与景观效益。 2 2 研究内容及技术路线 2 2 1 研究内容 1 、针对煤渣和珍珠岩