生物—生态过滤工艺处理城镇污水

吴敏1，杨健1，马运才2，刘传涛2?
(1.同济大学环境科学与工程学院，上海200092 ；2.滕州市污水处理中心，山东滕州　277500)

　　摘　要： 生物—生态过滤工艺是利用由微生物和蚯蚓等共同组成的人工生态系统对城镇污水中的有机污染物进行降解的新型环保技术，它由厌氧水解—生物过滤和生态过滤组合而成。当水解酸化填料床的水力停留时间为5.0h，生物滤池的水力负荷为15m³/(m²·d)、生态滤池的水力负荷为3.0m³/(m²·d) 时，该工艺对城镇污水COD的去除率为83%～89%，BOD₅去除率为94%～97%，SS去除率为96%～98%，氨氮去除率为58%～70%，处理效果明显优于常规二级生物处理工艺，且具有节能、造价与运行费用低、管理方便和污泥产量少等特点。?
　　关键词：生物—生态过滤；微生物；蚯蚓；协同作用?
　　中图分类号：TU991
　　文献标识码：C
　　文章编号： 1000-4602(2002)04-0037-03

　　 生物—生态过滤工艺由厌氧水解—生物过滤和生态过滤组合而成，通过生态系统的协同作用集生物处理、吸附、过滤以及污泥处理等功能于一体。以蚯蚓为代表的微型动物在该系统中具有以下作用：①对污水和污泥进行吸收和分解；②清扫滤床，防止堵塞；③蚯蚓粪便可以滤除污染物，提高处理效率；④防止蚊蝇孳生，改善卫生条件；⑤在滤床中增殖的蚯蚓可作为家禽饲料。因此，通过该人工生态系统的合理设计，既可高效、低耗地处理城镇污水，又可减少剩余污泥等二次污染物的产生。

1　试验内容与方法?

1.1原水水质?
生物—生态滤池工艺的中试在上海曲阳污水厂进行，以该厂进水为原水，其水质见表1。

表1原水水质 mg/L? 项目 COD BOD5 氨氮 SS 数值 250～650 125～380 30～45 200～400 日平均值 447 221 35 357

1.2 试验流程?
　　试验流程见图1。?

1.3 构筑物

　　①厌氧—水解和生物滤池?
　　水解酸化填料床直径为0.6m，高为6.0m，由下部的污泥床和上部的填料床组成；高速生物滤池长为0.7m，宽为0.7m，高为5.0m，由上部的布水区、中部的生物滤床和下部的排水区三部分组成。?
　　②生态滤池?
　　生态滤池长为1.0m，宽为1.0m，高为1.6m，由上部的布水区、中部的生态滤床和下部的排水区三部分组成，其构造见图2。

1.4 分析项目及方法?
　　分析项目及方法见表2。?

表2　分析项目及方法 项目 分析方法 项目 分析方法 流量 容量法 BOD₅ 标准稀释法 COD 标准法 水温 水银温度计 氨氮 蒸馏法 SS 重量法

2　结果与分析

　　该中试于2000年6月开始，经过近3个月的接种、驯化后系统进入稳定运行。当水解酸化填料床的水力停留时间为5.0h，生物滤池的水力负荷为15m³/(m²·d)、生态滤池水力负荷为3.0m³/(m²·d)时，该系统的处理结果见表3。

表3　生物—生态过滤系统处理结果 水温(℃) COD BOD5 SS 氨氮 进水(mg/L) 出水(mg/L) 去除率(%) 进水(mg/L) 出水(mg/L) 去除率(%) 进水(mg/L) 出水(mg/L) 去除率(%) 进水(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　对有机物和悬浮物的去除?
　　从表3可以看出，整个生物—生态过滤系统对COD的去除率高达83%～89%，对BOD₅去除率高达94%～97%，对SS去除率高达96%～98%。在夏季水温达到32℃，冬季水温降至10℃左右时，该系统仍处于稳定运行状态，出水清澈透明。该系统与两种传统二级生物处理工艺处理效果的比较见表4。 表4 对有机物和悬浮物去除效率的比较 处理工艺 出水BOD₅(mg/L) BOD₅去除率(%) 出水SS(mg/L ) SS去除率(%) 生物—生态滤池 5～10 94～97 2～5 96～98 普通生物滤池 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 对氨氮的去除?
　　生物—生态过滤系统与普通活性污泥法对氨氮的去除效果对比见表5。

表5 对氨氮去除效果的比较? 处理工艺 氨氮 进水(mg/L) 出水(mg/L) 去除率(%) 普通活性污泥法 30～40 24～30 10～20 生物—生态滤池 30～40 10～15 58～70

　　从表3、5可以看出，生物—生态过滤系统在高效去除BOD₅和SS的同时，生态滤床中的生态系统对促进氨氮的硝化—反硝化过程起了重要作用，其除氮效果明显优于普通活性污泥法，出水氨氮浓度为10～15mg/L，可满足国家一级排放标准。
2.3　污泥产率
　　生物—生态滤池系统的污泥产率与普通活性污泥法的比较见表6。

表6　污泥产率的比较　　mg/L 处理工艺 初沉或水解污泥 剩余污泥 污泥总产率 生物—生态滤池 20～30 　 20～30 普通活性污泥法 100～120 40～60 140～180

　　从表6可以看出，生物—生态滤池系统基本不外排剩余污泥，其污泥产率远低于普通活性污泥法。这是由于①厌氧水解填料床在处理污水的同时，具有较强的污泥消化减量的功能；②微生物—蚯蚓生态过滤系统通过多结构、多层次、相互协同的生态网链对污染物质和能量具有较强的分级利用功能，对其进行的代谢作用较完全，在处理污水的同时实现了对剩余污泥的分解和稳定。?
2.4　运行管理?
　　该系统的工艺流程及所需的机械设备比较简单，除提升泵外，不需要鼓风机等较复杂的机械设备，并能承受较强的冲击负荷，运行管理和设备维修比较方便。同时，由于生物—生态滤池大大减少了污泥的排放量，简化了污泥处理和处置设施，对我国中、小城镇污水处理厂的运行管理有着特别重要的意义。?
2.5　经济分析?
　　以1×10⁴m³/d规模的污水厂为例，把生物—生态滤池与活性污泥法进行比较，结果见表7。 表7　技术经济指标的比较 项目 处理工艺 传统活性污泥法 生物—生态滤池 单位造价(元/m³) 1 500 1 125 单位电耗［(kW·h)/m³］ 0.263 0.120

　　由表7可以看出，生态滤池无论在工程造价还是运行费用方面均明显优于传统活性污泥法，对我国目前经济基础相对薄弱的中、小城镇具有巨大的应用潜力。
2.6　环境分析?
　　污水处理设施除需具有令人满意的污水处理和污泥处置功能以外，还必须考虑将污水厂运行能耗和污泥排放问题与环境保护联系起来，把资源消耗和二次污染物的排放与全球环境问题联系起来，以全面考察一种处理工艺在环境影响方面的优劣。能耗高不仅意味着运行费用高，还同时表明将产生大量与全球气候变暖、酸雨和臭氧层破坏有关的环境影响。同样，大量需要填埋处置的剩余污泥不仅意味着大量污泥处理和处置费用，还表明将产生大量与地表水体和地下水源(渗滤液)以及大气环境(填埋气)有关的环境影响。因此，生物—生态滤池由于其节能(仅为活性污泥法的45.6%)和污泥排放量少的独特优势，所产生的二次污染物数量及 其环境影响远小于活性污泥法以及其他二级生物处理工艺，是一种清洁型环保技术。

3　结论

　　①生物—生态过滤系统中试结果表明，当水解酸化填料床的水力停留时间为5.0h、生物滤池水力负荷为15m³/(m²·d)、生态滤池水力负荷为3.0m³/(m²·d)时，该工艺对城市污水COD的去除率为83%～89%，对BOD₅的去除率为94%～97%，对SS去除率为96%～98%，对氨氮的去除率为58%～70%，优于常规二级生物处理效果。
　　②生物—生态过滤系统的工程造价和能耗仅为普通活性污泥法的75%和45%左右。
　　③生物—生态过滤系统具有节约资源消耗、节能和污泥排放量少的特点，所产生的二次污染物数量及其对环境的影响远小于其他二级生物处理工艺。?
　　④由于处理流程和设备简单，生物—生态过滤系统的运行管理十分方便，并能承受较强的冲击负荷。

　　电　　话：(021)65981520(O)36174124(H)
　　收稿日期：2001-11-30