吳敏1，楊健1，馬運(yùn)才2，劉傳濤2?
(1.同濟(jì)大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院，上海200092 ；2.滕州市污水處理中心，山東滕州　277500)

　　摘　要： 生物—生態(tài)過(guò)濾工藝是利用由微生物和蚯蚓等共同組成的人工生態(tài)系統(tǒng)對(duì)城鎮(zhèn)污水中的有機(jī)污染物進(jìn)行降解的新型環(huán)保技術(shù)，它由厭氧水解—生物過(guò)濾和生態(tài)過(guò)濾組合而成。當(dāng)水解酸化填料床的水力停留時(shí)間為5.0h，生物濾池的水力負(fù)荷為15m³/(m²·d)、生態(tài)濾池的水力負(fù)荷為3.0m³/(m²·d) 時(shí)，該工藝對(duì)城鎮(zhèn)污水COD的去除率為83%～89%，BOD₅去除率為94%～97%，SS去除率為96%～98%，氨氮去除率為58%～70%，處理效果明顯優(yōu)于常規(guī)二級(jí)生物處理工藝，且具有節(jié)能、造價(jià)與運(yùn)行費(fèi)用低、管理方便和污泥產(chǎn)量少等特點(diǎn)。?
　　關(guān)鍵詞：生物—生態(tài)過(guò)濾；微生物；蚯蚓；協(xié)同作用?
　　中圖分類號(hào)：TU991
　　文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：C
　　文章編號(hào)： 1000-4602(2002)04-0037-03

　　 生物—生態(tài)過(guò)濾工藝由厭氧水解—生物過(guò)濾和生態(tài)過(guò)濾組合而成，通過(guò)生態(tài)系統(tǒng)的協(xié)同作用集生物處理、吸附、過(guò)濾以及污泥處理等功能于一體。以蚯蚓為代表的微型動(dòng)物在該系統(tǒng)中具有以下作用：①對(duì)污水和污泥進(jìn)行吸收和分解；②清掃濾床，防止堵塞；③蚯蚓糞便可以濾除污染物，提高處理效率；④防止蚊蠅孳生，改善衛(wèi)生條件；⑤在濾床中增殖的蚯蚓可作為家禽飼料。因此，通過(guò)該人工生態(tài)系統(tǒng)的合理設(shè)計(jì)，既可高效、低耗地處理城鎮(zhèn)污水，又可減少剩余污泥等二次污染物的產(chǎn)生。

1　試驗(yàn)內(nèi)容與方法?

1.1原水水質(zhì)?
生物—生態(tài)濾池工藝的中試在上海曲陽(yáng)污水廠進(jìn)行，以該廠進(jìn)水為原水，其水質(zhì)見(jiàn)表1。

表1原水水質(zhì) mg/L? 項(xiàng)目 COD BOD5 氨氮 SS 數(shù)值 250～650 125～380 30～45 200～400 日平均值 447 221 35 357

1.2 試驗(yàn)流程?
　　試驗(yàn)流程見(jiàn)圖1。?

1.3 構(gòu)筑物

　?、賲捬酢夂蜕餅V池?
　　水解酸化填料床直徑為0.6m，高為6.0m，由下部的污泥床和上部的填料床組成；高速生物濾池長(zhǎng)為0.7m，寬為0.7m，高為5.0m，由上部的布水區(qū)、中部的生物濾床和下部的排水區(qū)三部分組成。?
　?、谏鷳B(tài)濾池?
　　生態(tài)濾池長(zhǎng)為1.0m，寬為1.0m，高為1.6m，由上部的布水區(qū)、中部的生態(tài)濾床和下部的排水區(qū)三部分組成，其構(gòu)造見(jiàn)圖2。

1.4 分析項(xiàng)目及方法?
　　分析項(xiàng)目及方法見(jiàn)表2。?

表2　分析項(xiàng)目及方法 項(xiàng)目 分析方法 項(xiàng)目 分析方法 流量 容量法 BOD₅ 標(biāo)準(zhǔn)稀釋法 COD 標(biāo)準(zhǔn)法 水溫 水銀溫度計(jì) 氨氮 蒸餾法 SS 重量法

2　結(jié)果與分析

　　該中試于2000年6月開始，經(jīng)過(guò)近3個(gè)月的接種、馴化后系統(tǒng)進(jìn)入穩(wěn)定運(yùn)行。當(dāng)水解酸化填料床的水力停留時(shí)間為5.0h，生物濾池的水力負(fù)荷為15m³/(m²·d)、生態(tài)濾池水力負(fù)荷為3.0m³/(m²·d)時(shí)，該系統(tǒng)的處理結(jié)果見(jiàn)表3。

表3　生物—生態(tài)過(guò)濾系統(tǒng)處理結(jié)果 水溫(℃) COD BOD5 SS 氨氮 進(jìn)水(mg/L) 出水(mg/L) 去除率(%) 進(jìn)水(mg/L) 出水(mg/L) 去除率(%) 進(jìn)水(mg/L) 出水(mg/L) 去除率(%) 進(jìn)水(mg/L) 出水(mg/L) 去除率(%) 10 545 60.0 89.0 231 8.9 96.2 34.6 13.8 60.0 256 5.2 98.0 12 373 45.3 87.9 172 5.1 97.0 33.9 14.0 58.7 188 4.9 97.4 15 412 61.9 85.0 192 7.6 96.0 34.2 12.5 63.5 208 2.3 98.9 15 506 61.0 87.9 198 8.0 96.0 37.2 14.9 59.9 148 3.4 97.7 17 424 72.0 83.0 197 9.5 95.2 40.5 13.9 65.7 167 4.1 97.5 20 472 60.4 87.2 207 10.0 95.2 38.1 12.6 66.9 177 5.5 96.9 24 453 58.2 87.2 199 8.8 95.6 43.7 14.3 67.3 196 4.3 97.8 28 362 45.6 87.4 175 7.5 95.7 37.8 10.3 72.8 142 2.8 98.0 30 392 55.09 85.7 169 9.6 94.3 32.9 13.8 58.1 154 3.7 97.6 32 410 57.5 86.0 188 7.0 96.1 39.5 11.6 70.6 208 3.6 98.3

2.1　對(duì)有機(jī)物和懸浮物的去除?
　　從表3可以看出，整個(gè)生物—生態(tài)過(guò)濾系統(tǒng)對(duì)COD的去除率高達(dá)83%～89%，對(duì)BOD₅去除率高達(dá)94%～97%，對(duì)SS去除率高達(dá)96%～98%。在夏季水溫達(dá)到32℃，冬季水溫降至10℃左右時(shí)，該系統(tǒng)仍處于穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)，出水清澈透明。該系統(tǒng)與兩種傳統(tǒng)二級(jí)生物處理工藝處理效果的比較見(jiàn)表4。 表4 對(duì)有機(jī)物和懸浮物去除效率的比較 處理工藝 出水BOD₅(mg/L) BOD₅去除率(%) 出水SS(mg/L ) SS去除率(%) 生物—生態(tài)濾池 5～10 94～97 2～5 96～98 普通生物濾池 20～40 80～90 20～30 80～90 普通活性污泥法 10～30 90～95 20～30 80～90

2. 2 對(duì)氨氮的去除?
　　生物—生態(tài)過(guò)濾系統(tǒng)與普通活性污泥法對(duì)氨氮的去除效果對(duì)比見(jiàn)表5。

表5 對(duì)氨氮去除效果的比較? 處理工藝 氨氮 進(jìn)水(mg/L) 出水(mg/L) 去除率(%) 普通活性污泥法 30～40 24～30 10～20 生物—生態(tài)濾池 30～40 10～15 58～70

　　從表3、5可以看出，生物—生態(tài)過(guò)濾系統(tǒng)在高效去除BOD₅和SS的同時(shí)，生態(tài)濾床中的生態(tài)系統(tǒng)對(duì)促進(jìn)氨氮的硝化—反硝化過(guò)程起了重要作用，其除氮效果明顯優(yōu)于普通活性污泥法，出水氨氮濃度為10～15mg/L，可滿足國(guó)家一級(jí)排放標(biāo)準(zhǔn)。
2.3　污泥產(chǎn)率
　　生物—生態(tài)濾池系統(tǒng)的污泥產(chǎn)率與普通活性污泥法的比較見(jiàn)表6。

表6　污泥產(chǎn)率的比較　　mg/L 處理工藝 初沉或水解污泥 剩余污泥 污泥總產(chǎn)率 生物—生態(tài)濾池 20～30 　 20～30 普通活性污泥法 100～120 40～60 140～180

　　從表6可以看出，生物—生態(tài)濾池系統(tǒng)基本不外排剩余污泥，其污泥產(chǎn)率遠(yuǎn)低于普通活性污泥法。這是由于①厭氧水解填料床在處理污水的同時(shí)，具有較強(qiáng)的污泥消化減量的功能；②微生物—蚯蚓生態(tài)過(guò)濾系統(tǒng)通過(guò)多結(jié)構(gòu)、多層次、相互協(xié)同的生態(tài)網(wǎng)鏈對(duì)污染物質(zhì)和能量具有較強(qiáng)的分級(jí)利用功能，對(duì)其進(jìn)行的代謝作用較完全，在處理污水的同時(shí)實(shí)現(xiàn)了對(duì)剩余污泥的分解和穩(wěn)定。?
2.4　運(yùn)行管理?
　　該系統(tǒng)的工藝流程及所需的機(jī)械設(shè)備比較簡(jiǎn)單，除提升泵外，不需要鼓風(fēng)機(jī)等較復(fù)雜的機(jī)械設(shè)備，并能承受較強(qiáng)的沖擊負(fù)荷，運(yùn)行管理和設(shè)備維修比較方便。同時(shí)，由于生物—生態(tài)濾池大大減少了污泥的排放量，簡(jiǎn)化了污泥處理和處置設(shè)施，對(duì)我國(guó)中、小城鎮(zhèn)污水處理廠的運(yùn)行管理有著特別重要的意義。?
2.5　經(jīng)濟(jì)分析?
　　以1×10⁴m³/d規(guī)模的污水廠為例，把生物—生態(tài)濾池與活性污泥法進(jìn)行比較，結(jié)果見(jiàn)表7。 表7　技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)的比較 項(xiàng)目 處理工藝 傳統(tǒng)活性污泥法 生物—生態(tài)濾池 單位造價(jià)(元/m³) 1 500 1 125 單位電耗［(kW·h)/m³］ 0.263 0.120

　　由表7可以看出，生態(tài)濾池?zé)o論在工程造價(jià)還是運(yùn)行費(fèi)用方面均明顯優(yōu)于傳統(tǒng)活性污泥法，對(duì)我國(guó)目前經(jīng)濟(jì)基礎(chǔ)相對(duì)薄弱的中、小城鎮(zhèn)具有巨大的應(yīng)用潛力。
2.6　環(huán)境分析?
　　污水處理設(shè)施除需具有令人滿意的污水處理和污泥處置功能以外，還必須考慮將污水廠運(yùn)行能耗和污泥排放問(wèn)題與環(huán)境保護(hù)聯(lián)系起來(lái)，把資源消耗和二次污染物的排放與全球環(huán)境問(wèn)題聯(lián)系起來(lái)，以全面考察一種處理工藝在環(huán)境影響方面的優(yōu)劣。能耗高不僅意味著運(yùn)行費(fèi)用高，還同時(shí)表明將產(chǎn)生大量與全球氣候變暖、酸雨和臭氧層破壞有關(guān)的環(huán)境影響。同樣，大量需要填埋處置的剩余污泥不僅意味著大量污泥處理和處置費(fèi)用，還表明將產(chǎn)生大量與地表水體和地下水源(滲濾液)以及大氣環(huán)境(填埋氣)有關(guān)的環(huán)境影響。因此，生物—生態(tài)濾池由于其節(jié)能(僅為活性污泥法的45.6%)和污泥排放量少的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，所產(chǎn)生的二次污染物數(shù)量及 其環(huán)境影響遠(yuǎn)小于活性污泥法以及其他二級(jí)生物處理工藝，是一種清潔型環(huán)保技術(shù)。

3　結(jié)論

　?、偕铩鷳B(tài)過(guò)濾系統(tǒng)中試結(jié)果表明，當(dāng)水解酸化填料床的水力停留時(shí)間為5.0h、生物濾池水力負(fù)荷為15m³/(m²·d)、生態(tài)濾池水力負(fù)荷為3.0m³/(m²·d)時(shí)，該工藝對(duì)城市污水COD的去除率為83%～89%，對(duì)BOD₅的去除率為94%～97%，對(duì)SS去除率為96%～98%，對(duì)氨氮的去除率為58%～70%，優(yōu)于常規(guī)二級(jí)生物處理效果。
　?、谏铩鷳B(tài)過(guò)濾系統(tǒng)的工程造價(jià)和能耗僅為普通活性污泥法的75%和45%左右。
　　③生物—生態(tài)過(guò)濾系統(tǒng)具有節(jié)約資源消耗、節(jié)能和污泥排放量少的特點(diǎn)，所產(chǎn)生的二次污染物數(shù)量及其對(duì)環(huán)境的影響遠(yuǎn)小于其他二級(jí)生物處理工藝。?
　?、苡捎谔幚砹鞒毯驮O(shè)備簡(jiǎn)單，生物—生態(tài)過(guò)濾系統(tǒng)的運(yùn)行管理十分方便，并能承受較強(qiáng)的沖擊負(fù)荷。

　　電　　話：(021)65981520(O)36174124(H)
　　收稿日期：2001-11-30