生物滤床对生活污水净化池处理的影响

生物滤床对生活污水净化池处理的影响

杨小晨

南京飞锦环保科技有限公司

摘要：本文研究了生物滤池对净化池生活污水处理的影响。结果表明，三个区均加装生物滤池后，出水COD和NH3-N的平均值分别为37.8mg/L和9.64mg/L，说明生物滤床是一项关键技术，发挥着重要作用。固液分离、生物吸附和生物降解等重要作用，提高污水处理过程中的出水水质。

关键词：生物滤床 生物滤池 石墨烯

一、污水处理的背景和意义

目前，我国河流污染较多，黑臭现象严重，治理难度大。由于我国一些地区，如城中村、城乡结合部、老城区等管网建设不足，这些地区的生活污水排放分散、收集分散，无法有效处理。它会导致严重的水变黑和难闻的气味。尽管近年来在部分地区利用生物方法治理污水取得了一定的成效，但有机物去除效果仍不理想。这是因为对有机物的关注重点是COD等指标。指标难以反映生物法净化污水过程中溶解性有机物（DOM）组成、含量和结构性质的变化。在本章中，我们使用光谱技术分析方法来研究不同多媒体生物过滤器的不同行为。分阶段分析常规污染物的去除效果和DOM组成和结构特性的变化，并通过微生物群落分析研究污染物去除机制。综上所述，曝气生物滤池与常规污水处理技术相比具有显著优势。该工艺和技术在实际应用中具有很高的经济效益。在水资源匮乏、环境污染严重的现状下，这些环保处理技术可以降低环境污染程度，使生物曝气滤池在污水处理中发挥作用，树立良好的企业形象城市污水的组成和特点。

二、生物滤池技术原理和分类

以过滤的方式对城市污水治理主要通过物理及生物等方式进行处理，其中物理法有：石墨烯技术和膜过滤（超滤膜RO水处理）技术。①石墨烯是一种由碳原子组成的二维材料，具有极高的机械强度、导电性、导热性和化学稳定性，因此在水污染控制和处理方面具有广泛的应用前景。以下是石墨烯在水污染中的应用：1、水净化：石墨烯可以通过吸附、光催化降解等方式来去除水中的污染物。石墨烯的高比表面积和高导电性使其在吸附水中有机污染物和重金属离子方面具有优越性能。2、水处理：石墨烯可以用于水中的微生物控制和杀菌。石墨烯氧化物和还原石墨烯可以通过产生自由基来破坏细菌和病毒的细胞壁，从而有效杀灭水中的微生物等。总的来说，石墨烯在水污染控制和处理方面具有极高的应用潜力，不仅可以提高水资源的利用效率，还可以保障人们的健康和生命安全。除此之外，它也存在一些缺点和挑战，比如，生产成本高、环境风险、应用范围有限等。综上所述，虽然石墨烯具有在水污染治理中的广泛应用前景，但是在实际应用过程中需要综合考虑其优点和缺点，以制定科学合理的治理方案。②可吸附技术超滤膜是以压力为驱动，利用合成的高分子半透膜高精度的截留性能进行固液分离或试不同分子量物质分级的膜法分离技术。[1]生物法又分为好氧处理技术、厌氧处理技术以及废水自然净化处理技术三个大类。活性污泥法是现在使用最广的污水处理技术，但是因为存在对冲击负荷能力低，容易发生污泥的堆集，处理建筑基建占地面积过大，使用投资金额高，管理难度高等。通过研究，发展了新的活性污泥处理工艺：氢化沟有完全混合模式和推流式两种不同的形式，在一定的条件下，好氧区的硝化反应和反硝化反应同时进行，厌氧区也在同时进行次工作，双管齐下脱氮效果小有成效，让活性污泥通过重力效应沉降下来。[5]此方法流程简单方便，管理轻松，后续维护简便等效果在很多工程项目中广泛使用。但此方法适用面局限于小型污水处理厂。随之出现了新的工艺：序批式活性污泥法（Sequencing Batch Rerctor Activated Sludge Process），此技术的完成操作周期从第一阶段进水期，第二阶段反应期，第三阶段沉淀期，第四阶段排水期和最后一个阶段闲置期分为五个阶段。此技术有两个特点，反应和沉淀可以在同一个反应器中发生反应，但又与传统连续流活性污泥法有所不同，突出了流程简单，后期运维费用不高，固体物沉降效果好，水质的质量偏高，人工上手操作灵活，脱氮和除磷效果显著，冲击负荷的维持时间长，可以防止物体污染物膨胀，减少人工疏通成本，但如果在同一时间进水量突然增大，反应器需要作出对应调节，这就增加了成本。生物滤池作为污水处理的最新技术之一,因其单位时间内处理量高、成本易控制、无废弃物，使其在与其他相关处理技术的对比中，具有更为广泛的应用价值。

三、生物滤床实验

3.1.净化槽反应器

它由聚甲基丙烯酸甲酯制成，由四个区和一个污水储罐组成，工作罐和污水储罐容积分别为15L和7.5L。好氧区有微孔扩散器，为好氧菌的生长提供氧气。台式净化池是为一个五口之家一天处理一吨污水而设计的。实验设备容积为实际净化罐的1/132。反应器之前没有接种，但生物质与支撑材料的粘附是通过连续流动的生活污水完成的。进水流量为每天7.5L。本研究废水温度为18.5℃~20.5℃，控制最佳曝气量为3.28m

3/(m3·h)[6]。然后分别从厌氧区出口、好氧区底部和净化槽出口采集样品。

3.2生物过滤介质

生物过滤器是分离过程中最重要的一种，可成功用于处理生活和工业废水。并突出了它们在特定污染物去除方面的表现。

在这项研究中，我们使用了两种聚乙烯波纹板。厌氧生物滤池呈细波纹状，比表面积为182m2/m3。好氧生物滤池呈粗波纹状，比表面积为127m2/m3。第一厌氧池、第二厌氧池和好氧池的装填率分别为40%、60%和40%。生物膜培养前，先用表面活性剂清洗生物滤膜表面，然后用交叉层压将它们粘合在一起。

四、分析方法

定期对进水、出水等三个区域进行采样，按照国家环境保护总局制定的标准方法[7]对COD、NH3-N浓度进行分析。其他参数如pH、温度和溶解氧通过探针法测定。

五、结果与讨论

5.1水箱中没有放置生物过滤器

本研究的目的是阐明生物滤床在实验室规模净化池中的作用。首先，我们在水箱中注入清水，模拟反应器的实际启动状态，利用原污水中的微生物来考察生活污水的逐步降解和生化处理的可能性。

开始时反应器内水质清澈，随着进入反应器的进料越来越多，各区出水COD浓度逐渐升高，一周后，它往往是稳定的。然后发现各区域COD浓度均有所降低，但出水COD浓度较高，且波动明显。经过一个月的反应，出水COD浓度约为106mg/L，不能达到国家排放标准，去除效率约为73.1%。这可以归因于反应器中没有放置生物过滤器，活性微生物的浓度是有限的，并且微生物胶体的沉降分布不同，有效容积的利用率相对较低。当池内没有放置生物滤池时，两级厌氧区内厌氧菌占优势，实现有机氮向氨氮的转化，从而两级厌氧区的NH3-N浓度均高于原污水。当污水流入好氧区时，在硝化和亚硝酸盐细菌的作用下，NH3-N可转化为硝酸盐或亚硝酸盐，此时NH3-N浓度呈相对下降，由于没有生物滤池，有微生物活性不足，出水NH3-N浓度不稳定，去除率为32.3%。

从无生物滤池实验中发现，仅靠厌氧区活塞流下的物理流动过程和好氧区的完全混合流，出水达不到排放标准。因此，在接下来的研究中，我们逐步将生物滤池放入净化池中，提高池有效容积的利用率，观察其对水质的影响。

5.2在好氧区放置生物滤池

当我们刚把厚波纹波纹板放入好氧区时。大约一周后，可以看到一层稀疏的褐色絮状生物膜，这种生物膜的生长和脱落达到动态平衡，受曝气和污水浓度的影响较大。与无生物滤池相比，好氧区生物滤池COD去除率提高8%，出水COD浓度和去除率分别为79.2mg/L和80.3%。在好氧区生物滤池稳定运行的情况下，在第二厌氧区放置薄波纹波纹板，装填率为厌氧区容积的60%。

由于生物滤池的存在，单位面积生物量较高，悬浮物颗粒较大；生活污水中的胶体物质和不溶性污染物经发酵水解成小分子或可溶性污染物后，流入好氧区，被好氧菌降解。最佳COD去除效率为84.9%。这是因为在厌氧区，在厌氧菌的作用下，大分子有机化合物可以被降解，并通过支配形成NH3。然后污水流入好氧区，硝化细菌将NH3-N转化为亚硝酸盐和硝酸盐，出水NH3-N浓度降至13.9mg/L。去除效率为65.9%。

5.3三区均设生物滤床

为了给大颗粒悬浮物的沉降提供足够的空间，第一厌氧区的装填率为40%。过滤器类型和启动方法均与第一厌氧区相同。

当生物过滤器被放置在所有三个区域时，COD去除率达到了90.4%。这是由于生物滤池为生物膜生长提供了高表面积，微生物生物量增加，从而可以降解更多污染物。出水COD浓度为37.8mg/L。生物滤池的添加对氨氮的去除也起到了有利的作用，NH3-N的最佳去除效率为74.3%。这一结果得益于生物滤池的添加增加了生物量。净化槽内硝化反硝化细菌较多，氨氮去除率高。

参考文献

[1]张杰,曹相生,孟雪征.曝气生物滤池的研究进展[J].中国给水排水,2002,18(8):4.

[2]李汝琪,钱易.曝气生物滤池去除污染物的机理研究[J].环境科学,1999,20(6):4.

[3]王劲松,胡勇有.曝气生物滤池填料的研究进展[J].工业用水与废水,2002,33(5):3.

[4]崔福义,张兵,唐利.曝气生物滤池技术研究与应用进展[J].环境工程学报,2005,6(010):1-7.

[5]马军,邱立平.曝气生物滤池中的亚硝酸盐积累及其影响因子[J].环境科学,2003,24(1):7.

[6]谢曙光,张晓健,王占生.生物滤池系统内生化作用机理综合研究[J].环境科学学报,2002,22(5):5.

[7]郑俊,吴浩汀.曝气生物滤池工艺的理论与工程应用[M].化学工业出版社,2005.