張智，龍騰銳，方芳，劉紹武
（重慶大學(xué) 城市建設(shè)與環(huán)境工程學(xué)院，重慶 400045）

1 污水再生過(guò)濾技術(shù)的發(fā)展及趨勢(shì)

　　近年來(lái)，水資源的匱乏已逐漸成為制約社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要因素之一，水體污染的日益嚴(yán)重和水需求量的大幅度增加，進(jìn)一步加劇了水的危機(jī)。
　　一方面，城市缺水嚴(yán)重；另一方面，城市產(chǎn)生的大量廢水，既污染了環(huán)境，又浪費(fèi)了寶貴的水資源。其實(shí)，人類(lèi)使用過(guò)的水中，污染物質(zhì)只占0.1％左右，比海水的3.5％少得多，其余絕大部分是可以再用的清水。廢水經(jīng)過(guò)適當(dāng)?shù)脑偕幚恚梢灾貜?fù)利用，實(shí)現(xiàn)水的良性循環(huán)。一般情況下，污水再生利用工程比興建天然水取水工程，特別是長(zhǎng)距離引水工程投資更省，并能相當(dāng)程度的降低運(yùn)行費(fèi)用。因此，研究城市污水二級(jí)處理再生利用技術(shù)，具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。
　　城市污水再生工藝取決于二級(jí)出水水質(zhì)及再生水利用水質(zhì)的要求，通常單一的某種水處理方法很難達(dá)到再生水水質(zhì)要求，而需要多種污水處理技術(shù)的合理組合，而且處理工藝的選擇于組合不僅與污水的水質(zhì)特征、處理后水的用途有關(guān)，而且與各處理過(guò)程的互容性及經(jīng)濟(jì)的可行性有關(guān)。
　　生物過(guò)濾技術(shù)是近年來(lái)污水深度處理采用較多的一種處理方式。美國(guó)在常規(guī)的二級(jí)處理之后加上生物過(guò)濾，使污水廠(chǎng)處理的水達(dá)到回用的目的，歐洲國(guó)家也多采用過(guò)濾作為深度處理的一個(gè)單元。過(guò)濾是使二級(jí)生物或物理化學(xué)處理后的廢水通過(guò)顆粒填料的截留和附在其上的生物膜的生物降解作用，達(dá)到進(jìn)化水的目的。
　　過(guò)濾技術(shù)的發(fā)展主要包括兩個(gè)方面：填料的開(kāi)發(fā)和新的濾池型式。
　　近年來(lái)，濾池出現(xiàn)了許多新形式，如V型濾池，D型濾池，無(wú)閥濾池等，濾料也從單一砂濾池增加到纖維束濾池，彗星濾料、燒結(jié)陶粒、塑料顆粒等；用于污水再生工藝的新過(guò)濾池型如濾布濾池、Aquazur V型濾池、Biofor生物濾池、連續(xù)膜過(guò)濾、Aria系統(tǒng)和DA超高D型濾池等，代表了濾型的發(fā)展方向；過(guò)濾技術(shù)的發(fā)展的總趨勢(shì)是：凈化效果好、效率高、管理方便、易于設(shè)備化和技術(shù)成套化。

2 催化填料的研究

2.1 需氧微生物生長(zhǎng)促進(jìn)劑的篩選研究
2.1.1 試驗(yàn)?zāi)康?br> 　　若是在填料中投加適量的這類(lèi)痕量金屬離子，就可以加速微生物生長(zhǎng)，縮短掛膜周期。對(duì)于需氧微生物生長(zhǎng)促進(jìn)劑，國(guó)內(nèi)外學(xué)者進(jìn)行過(guò)一些研究，但報(bào)道不多，結(jié)論也不盡相同。為了尋求投加到填料中促進(jìn)劑的種類(lèi)及投量，進(jìn)行了本項(xiàng)試驗(yàn)。
2.1.2 試驗(yàn)條件和方法
　　(1) 需氧微生物生長(zhǎng)促進(jìn)劑的初步選擇
　　在需氧生物處理過(guò)程中，某些離子是微生物細(xì)胞合成所必需的，適當(dāng)?shù)暮靠梢栽鏊偌?xì)胞的合成；還有一些離子作為酶的激活劑，促進(jìn)需氧生物化學(xué)反應(yīng)的進(jìn)程[2]。根據(jù)現(xiàn)有資料，本試驗(yàn)初步選擇A、B、C、D、E、F、G、H等八種離子進(jìn)行小型試驗(yàn)研究，通過(guò)改變進(jìn)水中離子濃度的變化，檢測(cè)它們對(duì)需氧微生物的影響，從而確定其最佳濃度范圍。
　　(2) 需氧微生物活性參數(shù)指標(biāo)的選擇
　　為了測(cè)定金屬離子對(duì)活性污泥的影響，試驗(yàn)從生物活性這個(gè)方面進(jìn)行考察。由于脫氫酶活性和耗氧速率具有極好的相關(guān)性、可增加試驗(yàn)結(jié)果的可靠性，因此將這兩項(xiàng)指標(biāo)作為本試驗(yàn)衡量生物活性的參考指標(biāo)。
　　(3) 試驗(yàn)方法
　　本試驗(yàn)分三個(gè)階段進(jìn)行：第一階段為尋求各金屬離子的促進(jìn)范圍，所以只考慮某一種離子在不同濃度下對(duì)活性污泥的活性影響，保證同一組金屬離子試驗(yàn)條件的一致性，而并不強(qiáng)調(diào)組與組之間試驗(yàn)條件的一致性；第二階段為確定各金屬離子在其最佳濃度條件下對(duì)活性污泥活性促進(jìn)程度的大小順序；第三階段的正交試驗(yàn)為確定不同種金屬離子同時(shí)作用于活性污泥，以尋求金屬離子之間的優(yōu)劣和重要性程度。
　　本試驗(yàn)通過(guò)向進(jìn)水中投加金屬鹽溶液來(lái)增加混合液中該金屬離子的濃度，考慮到Cl-、NO3--N在生活污水中廣泛存在，因此試驗(yàn)時(shí)金屬離子分別以硝酸鹽或氯化物的形式加入，并分別換算成各自的離子濃度。
　　(4) 測(cè)試指標(biāo)
　?、?判斷指標(biāo)
　　以脫氫酶活性和耗氧速率反映微生物的活性；
　　以DO，pH值，水溫等作為管理指標(biāo)。
　　試驗(yàn)中的測(cè)試項(xiàng)目及方法見(jiàn)表1。
　?、?泥耗氧速率的測(cè)定和計(jì)算
　　首先從桶中取出污泥混合液放入離心管中離心，棄去上清液，加入清水，曝氣24h使其處于內(nèi)源呼吸狀態(tài)，然后再將內(nèi)源呼吸期的污泥離心，得到的沉淀污泥與預(yù)曝氣充氧飽和的人工廢水(COD值大約為100mg/L)以及一定量的金屬鹽溶液完全混合，一同倒入BOD瓶中，塞入DO探頭，密封保證瓶?jī)?nèi)無(wú)氣泡，然后把BOD瓶放在磁力攪拌器上緩慢攪拌，待穩(wěn)定后記錄溶解氧DO隨時(shí)間t變化情況，根據(jù)式　　(1)可求得比污泥耗氧速率：
　　SOUR=(dDO/dt)/X (1)
　　式中：SOUR為比污泥耗氧速率，mgO2·L/(g MLSS·h)；dDO/dt為溶解氧隨時(shí)間的變化率，mgO2/h；X為混合液污泥濃度，gMLSS/L。

表1 測(cè)試項(xiàng)目及方法

項(xiàng)目 方法 項(xiàng)目 方法 DO 溶氧儀 水溫 溶氧儀 MLSS 103－105℃烘干重量法 脫氫酶 TTC－脫氫酶活性法[6] pH 精密pH試紙 耗氧速率 溶解氧測(cè)定儀法

2.1.3 需氧微生物生長(zhǎng)促進(jìn)劑的試驗(yàn)結(jié)果
　　為了確定A、B、C、D、E、F、G、H等八種金屬離子對(duì)活性污泥活性的各自獨(dú)立影響，將它們以不同的濃度分別投加，然后測(cè)定活性污泥的比耗氧速率和脫氫酶活性。試驗(yàn)結(jié)果表明：在A、B、C、D、E五種金屬離子在合適的濃度范圍內(nèi)均有促進(jìn)作用：A離子最佳促進(jìn)濃度為5mg/L；B離子最佳促進(jìn)濃度為1mg/L；C離子最佳促進(jìn)濃度為1mg/L；D離子最佳促進(jìn)濃度為1mg/L；E最佳促進(jìn)濃度為0.5 mg/L。
　　為了考查何種金屬離子對(duì)活性污泥活性的促進(jìn)作用最強(qiáng)，在相同試驗(yàn)條件下，將A、B、C、D、E等五種金屬離子分別按單離子試驗(yàn)所確定的最佳濃度投加，然后測(cè)定活性污泥的耗氧速度，試驗(yàn)結(jié)果為：金屬離子各自最佳投加濃度下，投加A離子比污泥耗氧速率最大。這說(shuō)明A離子對(duì)活性污泥活性的促進(jìn)作用最大，各離子促進(jìn)作用的大小順序是：A＞D＞C＞E＞B。
　　進(jìn)行幾種金屬離子同時(shí)作用于活性污泥的試驗(yàn)研究，可以獲得金屬離子對(duì)其活性影響的主次順序及顯著性。根據(jù)第一階段的試驗(yàn)，得到A、B、C、D、E等五種離子對(duì)活性污泥的耗氧速率及脫氫酶活性均有促進(jìn)作用，因此在這階段中，將以該五種離子進(jìn)行一組5因子2水平的正交對(duì)比試驗(yàn)。本試驗(yàn)選用L8(27)正交表，5因子的2水平均處于各離子對(duì)活性污泥的促進(jìn)濃度范圍內(nèi)。
　　② 試驗(yàn)結(jié)果及分析
　　為考察混合離子對(duì)活性污泥活性的影響，除正交試驗(yàn)的8組外，同時(shí)還安排一組空白試驗(yàn)，在相同的條件下測(cè)定比污泥耗氧速率，通過(guò)對(duì)試驗(yàn)結(jié)果的極差分析表明：A離子是影響比污泥耗氧速率的主要因素，各因素的主次順序?yàn)锳＞C＞D＞E＞B。同時(shí)可以確定正交試驗(yàn)的最優(yōu)方案為A1B2C2D1E1：A(5mg/L)、B(3mg/L)、C(1mg/L)、D(0.5mg/L)、E(0.25mg/L)。
2.2 填料燒制試驗(yàn)裝置及工藝程序
2.2.1 試驗(yàn)裝置
　　填料燒制試驗(yàn)裝置包括：強(qiáng)制式攪拌機(jī)、對(duì)輥造粒機(jī)、烘干機(jī)、煅燒旋轉(zhuǎn)爐、冷卻轉(zhuǎn)筒和燃料制備及輸送設(shè)備
2.2.2 工藝程序
　　填料燒制工藝按照以下程序進(jìn)行：
　　　　原?！炝！鸁评鋮s→破碎→篩分→成品
造粒過(guò)程：造粒時(shí)根據(jù)原粒具體含水率酌量加水，使原粒含水率保持在15～18%左右，原粒強(qiáng)度為將其從2米高度墜落后破碎率不大于5%。
　　燒制過(guò)程：本試驗(yàn)采用旋轉(zhuǎn)爐進(jìn)行生產(chǎn)性燒制試驗(yàn)。整個(gè)燒制過(guò)程分為預(yù)熱、焙燒和冷卻三個(gè)階段。其中：原粒進(jìn)入高溫區(qū)(溫度控制在950～1 150℃后發(fā)生軟化和液相化并具有適當(dāng)?shù)恼扯?，進(jìn)入冷卻段后原粒表面液相冷卻成一層堅(jiān)硬的外殼，內(nèi)部呈蜂窩狀多孔結(jié)構(gòu)。整個(gè)燒制過(guò)程歷時(shí)58～60min。
　　破碎、研磨及篩分過(guò)程：將冷卻至室溫的填料半成品在搗碎機(jī)上破碎成5～20 mm的小顆粒，再利用標(biāo)準(zhǔn)篩將破碎的小顆粒篩分成所需粒徑的成品。
2.2.3 填料燒制的試驗(yàn)安排
　　(1) 影響因素及水平的確定
　　骨料的選擇：根據(jù)已有的研究結(jié)論，本試驗(yàn)選用粘土作為需氧微生物催化填料的骨料。采用的粘土呈小塊狀，顆粒較細(xì)，顏色為紅褐色，其主要礦物成分為含水高嶺土(Al2O3·2SiO2·nH2O)。選用粉煤灰作為摻和料。粉煤灰是以煤粉為燃料的火力發(fā)電廠(chǎng)排出的工業(yè)廢渣，利用得當(dāng)可以化廢為利，降低填料的生產(chǎn)成本。
　　成孔劑的選擇：成孔劑是為了改善填料在燒制過(guò)程中的膨脹性能和孔結(jié)構(gòu)發(fā)育狀況而添加的物質(zhì)。為了適當(dāng)控制粘土在加熱過(guò)程中的軟化溫度，調(diào)整膨脹所需氣體的生成速度和生成量，本試驗(yàn)選定煤粉作為成孔劑，以改善填料在燒制過(guò)程中的膨脹性能和孔結(jié)構(gòu)發(fā)育狀況。
　　微生物生長(zhǎng)促進(jìn)劑的確定：根據(jù)前一階段試驗(yàn)結(jié)果，按一定比例投加微生物生長(zhǎng)促進(jìn)劑A離子，并選擇當(dāng)?shù)亓畠r(jià)的礦產(chǎn)資源M作為A離子的投加物。
　　影響因素及水平表：填料燒制的影響因素較為復(fù)雜。為了得到表面粗糙、輕質(zhì)并對(duì)附著微生物生長(zhǎng)具有促進(jìn)作用的填料，以粘土為骨料、粉煤灰為摻合料并加入適當(dāng)比例的煤粉和微生物生長(zhǎng)促進(jìn)劑A離子。本次正交試驗(yàn)選擇影響填料性能的主要因素為：促進(jìn)劑、粉煤灰、煤粉。每個(gè)因素均選擇了三種水平，如表2示。

表2 正交試驗(yàn)影響因素及水平表

影響因素水平 促進(jìn)劑 (%)
(A) 粉煤灰(%)(B) 煤粉(%)(C) 1 0.5 0 2 2 0.75 3 4 3

1

6 6

2.3 填料物理特性分析
2.3.1 填料物理特性評(píng)價(jià)指標(biāo)
　　根據(jù)填料在廢水處理生物膜法工藝中所起的作用，將評(píng)價(jià)顆粒填料性能優(yōu)劣的物理指標(biāo)歸納如下：
　?。?）比表面積
　　比表面積指單位質(zhì)量填料顆粒具有的表面積總和，也可表示為單位體積堆積體積填料所具有的表面積總和。表面積的測(cè)定可采用氣體吸附法或液體吸附法，其中應(yīng)用最廣的是BET氮?dú)馕椒?。一般而言，填料比表面積越大，對(duì)微生物的附著越有利。
　　（2）氦密度
　　氦密度也稱(chēng)真密度，是指填料在絕對(duì)密實(shí)條件下單位體積填料的質(zhì)量，單位為(g/cm3)。本試驗(yàn)采用美國(guó)Micromeritics公司的Autopycnometer1320型氦密度計(jì)。
　?。?）孔結(jié)構(gòu)分布
　　多孔填料表面微孔的形狀極不規(guī)則，孔隙的大小也各不相同，通常以孔容按孔徑大小分布作為描述微孔特征的重要參數(shù)，簡(jiǎn)稱(chēng)孔結(jié)構(gòu)分布。一般采用壓汞法測(cè)定。
　?。?）孔容
　　總孔容：總孔容是指由填料的壓汞數(shù)據(jù)計(jì)算得出，包括在測(cè)試壓力范圍內(nèi)測(cè)得的所有微孔之和。
有效孔容：綜合相關(guān)文獻(xiàn)的研究結(jié)果可知，當(dāng)多孔填料的微孔孔徑為微生物尺寸的1～5倍時(shí)有最佳的生物量積累，而廢水生物處理中細(xì)菌大小一般為0.5～5.0μm，因此本研究將細(xì)菌最小尺寸1倍以上，即大于0.5μm微孔所對(duì)應(yīng)填料孔容之和定義為有效孔容。
　　（5）最優(yōu)孔容
　　最優(yōu)孔容是指微孔孔徑為細(xì)菌尺寸的1～5倍，即0.5～25.0 μm微孔所對(duì)應(yīng)填料孔容之和。
　?。?）均值孔徑
　　廢水處理填料首先應(yīng)該具有良好的生物膜附著性，這一性能與填料表面的孔徑分布密切相關(guān)。通常評(píng)價(jià)孔徑分布的參數(shù)有中值孔徑、平均孔徑和均值孔徑。其中中值孔徑是指對(duì)應(yīng)于50%時(shí)的孔徑，平均孔徑時(shí)通過(guò)一定的數(shù)學(xué)模型由總孔容和總孔比表面積推求得出的，這二者都很難突出孔徑分布的特征。而均值孔徑是指隨機(jī)變量孔徑r的數(shù)學(xué)期望，它表現(xiàn)了各級(jí)孔的權(quán)重影響，物理意義比較明確。通過(guò)對(duì)均值孔徑rp的計(jì)算以及對(duì)填料孔容隨孔徑變化情況的考察，可對(duì)填料的孔徑分布作出大致判斷，從而為從物理特性的角度評(píng)價(jià)填料的優(yōu)劣提供重要指標(biāo)。
　?。?）機(jī)械強(qiáng)度
　　具有足夠的機(jī)械強(qiáng)度是理想填料必須具備的條件之一。磨損破碎率能全面評(píng)定填料的機(jī)械強(qiáng)度，一般采用機(jī)械振蕩法測(cè)定，即通過(guò)機(jī)械振動(dòng)使填料顆粒相互碰撞、摩擦使之破碎和磨損，從而確定其破碎磨碎率。并按下列公式計(jì)算：
　　磨損率 (%)＝G1o100/100 (2)
　　破碎率(%)＝G2o100/100 (3)
　　磨損破碎率(%)＝(G1＋G2)o100％/100 (4)
　　式中：G1為2.5mm篩上填料質(zhì)量(g)；G2為2.5mm篩下填料的質(zhì)量(g)。
　?。?）松散容重
　　松散容重是指填料顆粒在自然堆積狀態(tài)下單位體積的重量，一般采用量筒法測(cè)定。根據(jù)公式（5）可計(jì)算松散容重：
　　　　　r0=G/V (5)
　　式中：r0為填料的松散容重(g/mL)；G為填料的質(zhì)量(g)；V為填料的體積(mL)。
　　松散容重是填料的考察指標(biāo)之一，一般r0越小，填料越輕，對(duì)生物膜反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)荷載越小。
　　（9）空隙率
　　空隙率是指干燥狀態(tài)下反應(yīng)器內(nèi)填料層中空隙部分所占的體積與填料層體積之比。填料空隙率與其顆粒形狀、均勻程度以及壓實(shí)程度等有關(guān)。
2.3.2 填料物理特性測(cè)定結(jié)果及分析
　　填料物理特性測(cè)定結(jié)果為：有效孔容0.15～0.32mL/g、機(jī)械強(qiáng)度2.2%～4%、松散容重513～749kg/m3、比表面積0.64～1.70m2/g和粒徑5～10mm。
2.3.3 填料物理特性考察指標(biāo)選擇
　　因此，本試驗(yàn)將填料的機(jī)械強(qiáng)度、松散容重和有效孔容作為正交分析的考察指標(biāo)，對(duì)填料物理特性進(jìn)行分析，以辨析出各試驗(yàn)因素對(duì)考察指標(biāo)的影響重要性順序，篩選出優(yōu)質(zhì)或最佳填料配比。
　　（1）填料物理特性分析
　　采用極差分析法對(duì)正交試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析，即通過(guò)各因素極差大小確定其對(duì)指標(biāo)影響的大小順序，用每一因素不同水平導(dǎo)致結(jié)果的最大值或最小值確定諸因素的最優(yōu)水平。
　　為了便于直觀分析，作因子水平與同水平平均值k值的關(guān)系圖，如圖1所示。同理，以松散容重和有效孔容考察指標(biāo)對(duì)正交試驗(yàn)進(jìn)行極差分析，分析結(jié)果分別因子水平與k值的關(guān)系圖分別如圖2和3所示。

　　以機(jī)械強(qiáng)度為考核指標(biāo)，如圖2.1所示，按極差大小排列各因素的影響大小順序?yàn)椋好悍?gt;粉煤灰>促進(jìn)劑。根據(jù)磨損破碎率越小越好的原則，可以得出最優(yōu)的一組水平為促進(jìn)劑為0.5%，粉煤灰為0%，煤粉為2%。
　　以松散容重為考核指標(biāo)，如圖2.2所示，按極差大小排列各因素的影響大小順序?yàn)椋悍勖夯?> 促進(jìn)劑> 煤粉。促進(jìn)劑添加量為0.75%，粉煤灰為0%，煤粉為2%。
　　以有效孔容為考核指標(biāo)，如圖2.3所示，按極差大小排列各因素的影響大小順序?yàn)椋悍勖夯?> 煤粉 >促進(jìn)劑。促進(jìn)劑為0.75%，粉煤灰為0%，煤粉為4%。
　　綜上分析，填料較優(yōu)的一個(gè)水平組合，其各項(xiàng)指標(biāo)分別為：松散容重513kg/m3，磨損破碎率1.1%，有效孔容0.3195mL/g。
2.4 影響填料燒制的因素分析
　?。?）爐內(nèi)溫度
　　填料燒制的關(guān)鍵技術(shù)是控制填料內(nèi)部微孔的發(fā)育，使之符合微生物附著對(duì)孔形態(tài)的要求，而填料內(nèi)部微孔的形成主要是焙燒時(shí)原粒內(nèi)部產(chǎn)生氣體而引起的。因此，燒制過(guò)程中轉(zhuǎn)爐溫度的控制是至關(guān)重要的一環(huán)。本研究結(jié)合轉(zhuǎn)爐設(shè)備的特點(diǎn)及小試的成果，確定爐內(nèi)焙燒溫度950~1150℃，采取緩慢升溫快速降溫的燒制方式，整個(gè)燒制過(guò)程歷時(shí)58～60min。
　　（2）原粒的含炭量
　　原粒的含碳量是填料配比的主要控制指標(biāo)之一試驗(yàn)表明：總含炭量在2~4%時(shí)，燒制的陶粒膨脹性能較優(yōu)。
　　（3）原粒質(zhì)量
　　原粒的含水率也是影響其質(zhì)量的重要因素。原粒中含水率越大，毛細(xì)管數(shù)量就越多，直徑越大，在進(jìn)入爐體后的干燥過(guò)程中，毛細(xì)管的收縮幅度越大因此產(chǎn)生炸裂的可能性越大。本次試驗(yàn)中原粒的含水率控制在15～18%為佳。

3、復(fù)合變速生物濾池過(guò)濾技術(shù)研究

3.1 復(fù)合變速生物濾池試驗(yàn)裝置
3.1.1 復(fù)合變速生物濾池結(jié)構(gòu)
　　本試驗(yàn)設(shè)備采用重慶大學(xué)城環(huán)學(xué)院研制開(kāi)發(fā)的復(fù)合變速生物濾池，2002年7月開(kāi)始圖紙?jiān)O(shè)計(jì)，設(shè)備組裝，2003年4月全部安裝完畢。
　　復(fù)合變速生物濾池用鋼板焊接而成，整體為圓柱體，高2.05m，底面半徑1.40m，設(shè)計(jì)額定流量為200m3/d。內(nèi)部用一較小的圓臺(tái)體把裝置分為容積不等，上下面面積不等的內(nèi)外兩層配水系統(tǒng)進(jìn)入，水從外層的底部，自下而上翻過(guò)隔板進(jìn)入內(nèi)層，在自上而下經(jīng)底部的集水管流出。采用大阻力配水系統(tǒng)，預(yù)留氣管。因隔板為圓臺(tái)體，故上下底面面積不同，水的流速有所不同，內(nèi)外層裝載填料不一樣，作用機(jī)理不一樣，因而得名復(fù)合變速生物濾池。
　　復(fù)合變速生物濾池的結(jié)構(gòu)圖如圖4所示：

　　復(fù)合變速生物濾池具有以下特點(diǎn)：
　?。?）復(fù)合變速生物濾池采用變過(guò)水?dāng)嗝娴男问剑欣谛纬闪己玫倪^(guò)濾水力條件，防止或減少常規(guī)生物濾池普遍存在易于堵塞的問(wèn)題，使工作周期延長(zhǎng)，提高工作能力，有利于簡(jiǎn)便管理。
　　（2）復(fù)合變速生物濾池采用復(fù)合濾料，以適應(yīng)凈化要求和過(guò)濾水力條件的特點(diǎn)，上向流段采用組合填料（軟性填料和半軟性填料），以避免在上向水流中顆粒性填料的流失。在下向流段采用顆粒填料有利于保證出水水質(zhì)。
3.1.2 復(fù)合變速生物濾池中的填料
　　本試驗(yàn)采用的填料為：酶促填料、軟性填料和半軟性填料。
　?。?）組合填料（軟性填料和半軟性填料）
　　組合填料采用半軟性填料和軟性填料按一定的比例、間距組合而成。其填料理論表面積為120m2/m3，能增加掛膜的速率和掛膜量，提高氧的利用率；有較強(qiáng)的二次布水、布?xì)獾哪芰?；脫落的生物膜呈?xì)碎狀，不易發(fā)生堵塞現(xiàn)象；長(zhǎng)期使用不變形、掛膜、脫膜容易。
　?。?）酶促填料
　　該填料由重慶大學(xué)城環(huán)學(xué)院自行研制和擁有專(zhuān)利的一種新型酶促填料。酶促填料系以黏土為骨料、粉煤灰作摻和料、煤粉為發(fā)泡劑并加入適量的微生物生長(zhǎng)促進(jìn)劑經(jīng)高溫?zé)Y(jié)而成。本試驗(yàn)采用粒徑為2～5mm均質(zhì)酶促填料。
3.2 復(fù)合變速生物濾池過(guò)濾技術(shù)試驗(yàn)條件
3.2.1 試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)
　　現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)在重慶市北碚污水處理廠(chǎng)進(jìn)行。北碚污水處理廠(chǎng)規(guī)模5萬(wàn)m3/d，采用改良型氧化溝工藝，占地面積20余畝，從2000年開(kāi)始試運(yùn)行，設(shè)計(jì)排放標(biāo)準(zhǔn)為一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。
3.2.2 原水的分析
　　試驗(yàn)期間污水處理廠(chǎng)出水指標(biāo)如表3所示：

表3 北碚污水處理廠(chǎng)進(jìn)出水水質(zhì)

水質(zhì)指標(biāo) 進(jìn) 水 出 水 CODcr(mg/L) 55～125 30～64 BOD5(mg/L) 8.42～31.4 5.75～20.8 NH3-N(mg/L) 6.54～19.54 5.31～17.30 TP(mg/L) 0.86～1.75 0.58～1.70 pH 6.6～8.0 6.6～8.0 SS(mg/L) 37～95 10～31 色度(度) 64～256 32～64

　　從表3.2可以看出，污水處理廠(chǎng)進(jìn)水BOD5、CODcr值偏低，BOD5︰N︰P＝10︰7︰1，有機(jī)物偏低，對(duì)氨氮和P的去除不利，因而效果不很理想。
3.2.3 試驗(yàn)出水要求
　　從2003年5月，城市雜用水開(kāi)始實(shí)行新的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《城市雜用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》，該標(biāo)準(zhǔn)定義城市雜用水為：用于沖廁、道路清掃、消防、城市綠化、車(chē)輛清洗、建筑施工的非飲用水。水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)主要指標(biāo)如表4。COD、總磷指標(biāo)值分別引自《生活雜用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》（CJ 25.1-1989）和建設(shè)部標(biāo)準(zhǔn)《再生水回用于景觀水體的水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》（2000年）

表4 水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)主要指標(biāo)

序號(hào) 項(xiàng) 目 沖 廁 道路清洗 城市綠化 車(chē)輛沖洗 建筑施工 1 PH 6.0－9.0 2 濁度≤ 10 10 10 5 20 3 BOD5(mg/L) ≤ 10 15 20 10 15 4 氨氮(mg/L) ≤ 10 10 20 10 20 5 COD(mg/L) 50 50 50 50 6 總磷（以磷計(jì)） 人體非直接接觸2.0mg/L；人體非全身性接觸1.0mg/L；

3.2.4 試驗(yàn)流程
　　試驗(yàn)進(jìn)水直接采用污水處理廠(chǎng)二沉池出水作為濾池進(jìn)水，出水進(jìn)入消毒池消毒后排向嘉陵江。其北碚污水處理廠(chǎng)工藝及試驗(yàn)流程如圖5所示。

3.2.5 主要測(cè)試項(xiàng)目和方法
　　試驗(yàn)中的測(cè)試項(xiàng)目、測(cè)試方法和儀器如表5所示：

表5 測(cè)試項(xiàng)目及方法

項(xiàng) 目 測(cè)試方法或儀器 測(cè)定頻率 1 水溫 0－100溫度計(jì) 1次/日 2 流量 轉(zhuǎn)子流量計(jì) 不定時(shí) 3 SS 103－105℃烘干重量法 1次/天 4 VSS 550℃灼燒減重法x 550℃灼燒減重法 不定時(shí) 5 PH值 PH計(jì) 1次/日 6 DO 碘量法 不定時(shí) 7 COD-SCOD HACH-COD測(cè)定儀 1次/日 8 BOD5 稀釋接種法 2次/周 9 NH3-N 納氏試劑光度法 1次/日 10 NO3--N 標(biāo)準(zhǔn)法 1次/日 11 NO2--N 12 P 分光光度法 1次/天 13 濁度 HACH儀器

3.3 復(fù)合變速生物濾池的啟動(dòng)
　　試驗(yàn)在2003年5月中旬開(kāi)始，水溫在14～20℃之間，有利于填料掛膜，直接采用污水處理廠(chǎng)二沉池出水作為濾池進(jìn)水，靜態(tài)培養(yǎng)兩天后，開(kāi)始小流量進(jìn)水，一周后，出水水質(zhì)明顯變好，十天后鏡檢，填料表面發(fā)現(xiàn)初態(tài)生物膜，逐步提高填料負(fù)荷，流量增加到120 m3/d后穩(wěn)定運(yùn)行。從試驗(yàn)開(kāi)始，經(jīng)過(guò)四周左右的連續(xù)運(yùn)行，反應(yīng)器各運(yùn)行參數(shù)基本趨于穩(wěn)定，至此，濾池啟動(dòng)成功。
　　第1~2日復(fù)合生物濾池對(duì)COD幾乎沒(méi)有凈化作用，隨時(shí)間的增加，COD去除率有所增加，而COD在10天以后，去除率逐漸穩(wěn)定，15天后，COD去除率穩(wěn)定在50％以上，結(jié)合鏡檢，認(rèn)定濾池啟動(dòng)基本成功。
3.4 運(yùn)行參數(shù)與控制指標(biāo)
3.4.1 運(yùn)行參數(shù)
　　生物濾池在不同水力負(fù)荷條件下的運(yùn)行參數(shù)，可根據(jù)濾池水頭損失和出水水質(zhì)要求而確定。如負(fù)荷過(guò)大，則導(dǎo)致運(yùn)行周期過(guò)短，沖洗頻繁，將增加沖洗能耗，減少產(chǎn)水量，促使生物膜脫落加快，生物量減少，處理能力降低；運(yùn)行周期過(guò)長(zhǎng)，濾料中積留污泥過(guò)多，水頭損失大大增加，且失去活性的生物膜得不到及時(shí)更新，出水水質(zhì)變差。因此，適宜的運(yùn)行參數(shù)對(duì)生物濾池的運(yùn)行效果控制有十分重要的意義。
　　本試驗(yàn)中以出水水質(zhì)或水頭損失的大小作為判斷濾池運(yùn)行周期結(jié)束的標(biāo)志。表6列出了工作流量、水力停留時(shí)間、平均濾速和水力負(fù)荷等工作參數(shù)。試驗(yàn)流量為設(shè)計(jì)額定流量的60~120%。

表6 復(fù)合變速生物濾池運(yùn)行參數(shù)

工作流量(m3/d) 120 160 200 240 HRT（min） 156 117 93.6 78 水力負(fù)荷m3/ m3濾料.d） 22.02 29.36 36.69 44.03 表面負(fù)荷（m3/ m2oh） 3.3 4.3 5.4 6.5

注：濾池有效容積為12.90m3，濾料堆積容積為5.45m3：濾池凈容積為7.45m3）

3.4.2 運(yùn)行控制指標(biāo)
　　根據(jù)污水再生利用的有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和復(fù)合變速生物濾池的工藝特點(diǎn)，提出運(yùn)行控制水質(zhì)指標(biāo)為：COD20mg/L、BOD510mg/L、濁度5NTU和NH3-N10mg/L。
3.5試驗(yàn)結(jié)果與分析
3.5.1 對(duì)COD的去除效果
　　各流量水平下COD去除效果比較見(jiàn)圖6示。

　

　　隨著流量的改變，濾池對(duì)有機(jī)物的去除不同，從圖6中我們可以得到在不同流量下COD的去除有以下特點(diǎn)：
　　(1) 不同流量水平下COD去除率都在35%以上，出水COD在20mg/L以下，都能達(dá)到國(guó)家城市雜用水標(biāo)準(zhǔn)。
　　(2) 隨著流量的加大，有機(jī)負(fù)荷增加，有機(jī)物的去除率呈明顯的下降趨勢(shì)，特別在240m3/d時(shí)，有機(jī)負(fù)荷達(dá)到極限，COD去除率有較大的下降，運(yùn)行周期僅有兩天。
3.5.2 對(duì)NH3-N的去除效果
　　濾池去除NH3-N的試驗(yàn)結(jié)果（兩個(gè)周期統(tǒng)計(jì)匯總）如表7所示：

表7 濾池去除NH3-N的試驗(yàn)結(jié)果

流量200m3/d 水質(zhì)指標(biāo)：NH3-Nmg/L

濾層

時(shí)間

污水廠(chǎng)二級(jí)出水 上向流（軟性填料） 上向流去除率% 下向流（酶促填料） 總?cè)コ? 進(jìn)水 40cm 80cm 40cm 80cm（出水） 120m3/d 范圍 2.31-12.65 2.45-15.9 2.08-13.2 1.95-12.6 9.2 1.63-10.7 1.08-6.99 37. 均值 6.71 7.43 6.97 6.75 5.38 4.66 160m3/d 范圍 2.67-15.68 3.84-12.87 2.68-12.60 2.49-12.49 11.2 2.32-11.77 2.19-11.17 24.1 均值 8.58 8.45 7.68 7.51 6.98 6.41 200m3/d 范圍 1.22-15.88 3.39-10.56 2.65-10.71 2.47-10.83 11.9 2.30-10.94 2.06-10.29 28.6 均值 8.16 8.23 7.46 7.25 6.42 5.88 240m3/d 范圍 1.89-13.54 1.86-14.50 1.72-15.13 13.5-22.6 1.8 11.9-18.1 9.6-16.4 20.2 均值 7.01 7.18 7.29 7.05 6.36 5.73

　　從表7和圖7可知，濾料在120～240 m3/d水力負(fù)荷下對(duì)氨氮的去除效果具有以下特點(diǎn)：
　　（1）濾池進(jìn)水的氨氮變化較大，最大為16.88 mg/L，最小為1.22 mg/L，但濾池出水都能達(dá)到回用水標(biāo)準(zhǔn)10.0 mg/L；
　?。?）濾料對(duì)氨氮的去除率20.2～37.3%，下向流對(duì)氨氮的去除貢獻(xiàn)較大，上向流對(duì)氨氮的去除規(guī)律性不強(qiáng)。
3.5.3 對(duì)P去除的效果
　　濾池去除P的試驗(yàn)結(jié)果（兩個(gè)周期統(tǒng)計(jì)匯總）如表8所示：

表8 濾池去除P試驗(yàn)結(jié)果

流量120～240m3/d 水質(zhì)指標(biāo)：P mg/L

濾層

時(shí)間

污水廠(chǎng)二級(jí)出水 上向流（軟性填料） 上向流去除率% 下向流（酶促填料） 總?cè)コ? 進(jìn)水 40cm 80cm 40cm 80cm（出水） 120m3/d 范圍 0.89-1.53 0.93-1.58 0.87-1.36 0.81-1.21 25.6 0.73-1.17 0.68-1.00 33.3 均值 1.15 1.17 1.09 0.87 0.82 0.78 160m3/d 范圍 0.45-1.29 0.48-1.41 0.43-1.33 0.36-1.17 17.7 0.29-10.5 0.27-0.98 34.4 均值 0.89 0.96 0.87 0.79 0.71 0.63 200m3/d 范圍 0.89-1.22 0.89-1.35 0.87-1.23 0.79-1.28 12.8 0.73-1.07 0.70-0.97 24.5 均值 0.98 1.09 1.01 0.95 0.91 0.82 240m3/d 范圍 0.76-1.15 0.81-1.23 0.75-1.14 0.69-1.08 9.2 0.62-1.01 0.61-0.92 21.9 均值 0.94 0.98 0.92 0.89 0.84 0.77

　　從表8可知，可以看出濾料在120～240m3/d水水力負(fù)荷下對(duì)P的去除，具有以下特點(diǎn)：
　?。?）濾池進(jìn)水P的濃度都較高，最大為1.58mg/L，平均也達(dá)到1.0mg/L以上，且波動(dòng)較大，但在運(yùn)行周期內(nèi)經(jīng)濾池生物處理后仍可達(dá)到回用水標(biāo)準(zhǔn)；
　　（2）下向流對(duì)P的去除率與上向流對(duì)P的去除率總體上呈下降趨勢(shì)
3.5.4 對(duì)BOD5的去除效果
　　在流量為200m3/d的水平下，生物濾池對(duì)BOD5的去除效果如圖8和9所示：
　　從圖8和9中可看出，復(fù)合變速生物濾池對(duì)BOD5的去除效果較好，出水穩(wěn)定在7mg/L以下，達(dá)到了城市雜用水的要求；周期開(kāi)始BOD5的去除率較大，隨著時(shí)間的增加，填料逐漸堵塞，發(fā)生泄漏，出水BOD5變大，去除率減小，在整個(gè)運(yùn)行周期內(nèi)出水指標(biāo)都能達(dá)到要求。

3.5.5 對(duì)SS和濁度的去除效果
　　在整個(gè)試驗(yàn)過(guò)程中，濾池對(duì)SS的去除效果良好。濾后出水濁度穩(wěn)定在0.9以下，在流量為200m3/d的水平下濁度去除效果如圖10所示（兩個(gè)周期值平均）：

表9 生物濾池去除濁度試驗(yàn)結(jié)果
流量200m3/d 水質(zhì)指標(biāo)：濁度mg/L

濾層時(shí)間/D 上向流（軟性填料） 上向流去除率% 下向流（酶促填料） 總?cè)コ? 進(jìn)水 40cm 80cm 40cm 80cm（出水） 1 4.309 2.897 3.059 29% 0.698 0.672 84% 2 3.911 2.571 2.681 31% 0.702 0.647 83% 3 3.272 2.362 2.512 23% 0.655 0.622 81% 4 4.538 3.758 3.928 13% 0.813 0.695 85% 平均值 4.005 2.897 3.045 24% 0.717 0.659 84%

　　在整個(gè)試驗(yàn)過(guò)程中，出水SS幾乎檢測(cè)不到，證明濾池對(duì)SS的去除效果良好。濾后濁度穩(wěn)定在0.9以下，在200m3/d流量水平下濁度去除效果如圖10和圖11所示：

　　從圖10和圖11可以得知，在流量為200m3/d的水平下濾池對(duì)濁度去除有以下特征：
　　(1) 濾池對(duì)濁度的去除效果很好，去除率達(dá)到80％以上，出水濁度穩(wěn)定在0.9NTU以下，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于城市雜用水標(biāo)準(zhǔn)。
　　(2) 上向流對(duì)濁度去除效果一般，下向流對(duì)濁度去除貢獻(xiàn)較大，可見(jiàn)酶促填料對(duì)SS的截留、吸附效果比較好。

4 初步結(jié)論與下階段擬開(kāi)展的工作

4.1 初步結(jié)論
　?。?）通過(guò)正交試驗(yàn)，獲得了優(yōu)化配比及燒制條件，所生產(chǎn)的填料具有良好的機(jī)械強(qiáng)度、松散容重和有效孔容性能。將總含水率控制在15～18%。燒制過(guò)程緩慢升溫、快速降溫，可保證填料原粒質(zhì)量。
　　（2）在試驗(yàn)條件下，復(fù)合變速生物濾池對(duì)COD、BOD、NH3-N、P和濁度均具有良好的凈化效果，出水水質(zhì)達(dá)到控制指標(biāo)要求；具有良好的防堵塞功能，濾池工作周期較長(zhǎng)，降低能耗。
4.2 下階段擬開(kāi)展的工作
　　在前述研究的基礎(chǔ)上，在下階段擬開(kāi)展的研究工作：
　?。?）擴(kuò)大適應(yīng)水質(zhì)范圍試驗(yàn)，為復(fù)合變速生物濾池?cái)U(kuò)大應(yīng)用范圍和適用條件，提供可靠依據(jù)；
　?。?）進(jìn)行復(fù)合變速生物濾池去除重金屬效果試驗(yàn)；
　?。?）進(jìn)行濾池的反洗研究。