生物滤池工艺在污水资源化中的应用

　　近年来，随着人类社会的不断发展，城市规模的不断扩大，城市的用水量和排水量都在不断增加，本文主要探讨生物滤池工艺在污水资源化中的应用。

　　《水资源与水工程学报》(双月刊)创刊于1990年，由教育部主管、西北农林科技大学主办。本刊的办刊宗旨是：以学术质量为核心，不断提高期刊的社会效益和经济效益。严格遵守国家有关编辑出版政策、法规，贯彻国家“科技兴国”和“农业可持续发展”战略，充分发挥科技期刊的政治导向和科技导向，不断提高刊物的学术质量和知名度。

　　1引言

　　随着经济的发展，人口的增加，生活水平的不断提高，世界范围的淡水资源的需求和消耗不断增多，相应的城市污水和工业废水的排放量也在不断增多。造成水环境污染范围不断扩大，水资源短缺情况日益严重。因此，选择采用何种方式能有效的改善我国的水环境状况，切实解决水资源不足的现状是我们当前首要解决的问题。而利用需氧微生物对污水或有有机性废水进行生物氧化处理的这种生物滤池工艺因其多重优点被广泛应用于对城市污水进行处理回用的方案中。并有效的缓解了城市水资源供应不足的现状，对城市的社会经济发展有着重要的意义。

　　水资源污染现状

　　我国城市生活污水排放量每年以5%的速度递增，在1999年首次超过工业污水排放量，2001年城市生活污水排放量221亿吨，占全国污水排放总量的53.2%。我国的废水处理率一直很低，据统计：目前全国年排污量约为350亿m3，但城市污水集中处理率仅为15%，工业废水处理达标率也在70%以下，大部分废水未经任何处理或处理不达标就排放到江河湖泊等受纳水体，致使水质严重恶化，其中松花江、淮河、海河和辽河水系污染严重，86%城市河流受到了不同程度的污染[6]。照此状况发展下去，城市的水环境将每况愈下，并进一步的加剧了水资源的短缺和水环境的污染。即使在我国水资源比较丰富的南方地区，由于水体污染，水质型缺水也处于相当严峻地步。而且随着现代工业的发展及人口城市化的加速，城镇污水量将愈来愈大，水环境污染也将会随之日益加重。水环境的严重破坏也将造成巨大的经济损失，影响着我国的社会经济建设和城市的可持续发展。

　　3污水回用技术的应用和发展论文

　　3.1城市污水处理技术—生物滤池

　　生物滤池是以处理废水中的有机污染物为主要目的的单元操作。生物滤池也称滴滤池，是以土壤自净原理为依据，在污水灌溉实践的基础上,经较原始的间歇式滤池和接触池发展起来的人工生物处理技术。污水长时间以滴状喷洒在块状滤料层的表面，就会在滤料表面形成生物膜，栖息在生物膜上的微生物即摄取流经污水中的有机物为营养物质，从而使污水得到净化，这种处理构筑物称为生物滤池[1]。

　　(一)分类

　　目前，研究应用的生物滤池种类很多，有普通生物滤池、高负荷生物滤池、塔式生物滤池、曝气生物滤池、活性生物滤池和厌氧、好氧生物滤池等。

　　(二)构造

　　生物滤池一般由钢筋混凝土或砖石砌筑而成，在构造上主要分为滤床、排水设备和布水装置三部分。(1)滤床：它由滤料和池体组成，其中滤料是生物膜的载体亦是生物滤池的重要组成部分，其主要特性有：大的表面积，有利于微生物的附着;能使废水以液膜状均匀分布于其表面; 有足够大的孔隙率，使脱落的生物膜能随水流到池底，同时保证良好的通风;适合于生物膜的形成与粘附，且应该既不被微生物分解，又不抑制微生物的生长;有较好的机械强度，不易变形和破碎。(2)排水设备：它设置在池底，它通常分为两层，即包括滤料下的渗水装置和底板处的集水沟和排水沟。主要作用是收集滤床流出的污水与生物膜;渗水顶板用于支撑滤料，其排水孔的总面积应不小于滤池表面积的20%;渗水顶板的下底与池底之间的净空高度一般应在0.6m以上，以利通风，一般在出水区的四周池壁均匀布置进风孔。(3)布水装置：它设在滤料层的上方，其作用是在规定的表面负荷下，将废水均匀分布到整个滤池表面上。在目前生产实践中，常用布水装置有固定式和旋转式两种。前者多用于普通生物滤池。而高负荷生物滤池和塔式生物滤池则常用旋转布水装置。

　　(三)净化机理

　　生物滤池是采取污水通过布水装置连续均匀的喷洒到滤池表面上，在重力的作用下，以滴流形式下落，一部分被吸附于滤料表面，成为成薄膜状的附着水层，另一部分则以薄膜形式渗流过滤料，成为流动水层，最后到达排水系统，流出滤池的操作过程对污水进行净化处理[2]。

　　(四)运行系统论文

　　生物滤池运行系统基本上是由初沉池、生物滤池、二沉池等三部分组合而成。(1)初沉池的作用是可预先去除废水中的悬浮物，以防止滤层堵塞。(2)二沉池则用以分离脱落的生物膜，其所需的容积很小。(3)生物滤池中一般无二沉池污泥回流，特别是高负荷生物滤池和塔式生物滤池常采用出水回流。

　　生物过滤系统组合形式有单级运行系统和多级运行系统。生物滤池运行流程图见图1[14]，生物滤池运行流程图。

　　资料来源：郭晓、韩宗育编《污水再生工艺流程》。

　　(五)影响生物滤池性能的主要因素

　　生物滤池中有机物降解过程非常复杂，同时发生着有机物在污水和生物膜中的传质过程，有机物的好氧和厌氧代谢，氧在污水和生物膜中的传质过程，生物膜脱落等物理、化学、物理化学和生物化学过程。这些过程的速率影响生物滤池的性能和处理效率。影响这些过程的主要因素有：

　　(1)滤池高度研究表明，生物滤池的处理效率在一定的条件下随滤床高度的增加而增加，在滤床高度超过某一数值后处理效率提高很小，不经济。另外滤床不同深度的微生物种类、数量都不同。滤床的上层，污水中的有机物浓度较高，微生物繁殖速率高，种属较低级，生物膜量多，有机物去除速率较高;随着滤床深度的增加，微生物从低级趋向高级，种类逐渐增多，生物膜量从多到少。这反映出滤床高度对处理效率的影响同废水的水质有关。

　　(2)负荷率生物滤池的负荷率是一个集中反映生物滤池工作性能的参数。生物滤池的负荷率一般用两种形式表现：以流量为准的负荷率称为水力负荷率，单位是m3废水/(m2滤池·d);以BOD5为准的负荷率称为有机负荷率，单位是kgBOD5/(M3滤料·d)。有机负荷高，生物膜增长快，需要较高的水力负荷，一般是通过出水回流来解决。

　　(3)回流利用生物滤池出水稀释进水的做法称为回流，回流水量与进水量之比为回流比。回流多运用于高负荷生物滤池的运行系统，对生物滤池性能有明显影响，是生物滤床由低负荷演变成高负荷的方法之一。它的优点是：①可增大水力负荷，促进生物膜的脱落，防止堵塞;②可稀释污水，降低其有机负荷，并借以均化、稳定进水水质;③可向生物滤池连续接种，促进生物膜生长;④增加进水溶解氧，改善进水的腐化状态;⑤防止滤池孳生蚊蝇。缺点是：①缩短了废水在滤池中的停留时间;②洒水量大，降低了入流污水的有机浓度，从而降低传质和有机物的去除率;③回流水中难降解的物质会产生积累;④冬天使池中水温降低;⑤增加能耗，增大运行费用。可见回流对生物滤池的影响是多方面的。

　　(4)供氧向生物滤池提供充足的氧是保障生物膜正常工作的必要条件，也有利于排除代谢产物。在生物滤池中，微生物所需的氧一般来自大气，是靠自然通风供给。影响滤池自然通风的主要因素：①池内温度与气温之差;②滤池高度;③滤料孔隙率及风力等; ④滤池堵塞也会影响通风。入流污水有机物浓度较高时，供氧条件可能成为影响生物滤池工作的主要因素。

　　4普通生物滤池设计计算

　　设计小区的条件：某地方设计人口N=50000人，排水标准为120L/(人.d)，污水BOD5按25g/d考虑，设计普通生物滤池。年平均气温为7℃，K总=1.5。年平均气温为7℃时，滤池容积负荷M=170gBOD5/(m3.d),La=25g/(人.d)。

　　1、水量的确定

　　Q=120L/(人.d)×50000人÷1000L÷3600s÷24小时=0.07m3/s

　　2、格栅的计算

　　上为格栅计算草图，设栅前水深h=0.4m，过栅流速取v=0.9m/s，用中格栅，栅条间隙e=20mm，格栅安装倾角α=60°

　　栅条的间隙数：

　　取栅条宽度S=0.01m，栅槽宽度：B=S(n-1)+en=0.01(9-1)+0.02×9=0.26m

　　进水渠道渐宽部分的长度：若进水渠宽，渐宽部分展开角度，此时进水渠道内的流速为，

　　栅槽与出水渠道连接处的渐窄部分长度：

　　因栅条为矩形截面,取k=3,并将已知数据代入式得

　　栅后槽总高度：取栅前渠道超高，栅前槽高

　　栅槽的总长度：

　　每日栅渣量：取，

　　采用人工清渣。

　　3、滤池尺寸的确定

　　(1)每人所需滤池面积V2=La/M=25/170=0.147(m3/人)

　　(2)滤池总体积V=NV2=50000×0.147=7350(m3)

　　(3)设滤池层高H=2.0m，则生物滤池的有效面积F=V/H=7350/2.0=3675(M2)

　　(4)污水平均日流量Q=50000×0.12=6000(m3.d)

　　(5)滤池的面积校核q=Q/F=6000/3675=1.63[m3/(m2.d)]

　　q在1～3m3/(m2.d)之间,可以满足要求。

　　(6)滤池的平面尺寸。采用6个滤池，每个滤池的面积为

　　F1=F/m=3675/6≈613m2平面尺寸为L×B=20m×31m

　　(7)每个滤池的滤料体积为V1′=BLH=31×20×2=1240(m3)

　　(三)经济指标评价

　　1.土建(固定成本)分析计算表见表4，经济指标分析计算评价表。

　　表4经济指标分析计算评价表

　　单位：元

　　序号 名称 单位 数量 单价 (直接费)合价

　　1 格栅渠 米 5 200 1000

　　2 土地费 亩 10 4000 40000

　　3 滤池 座 6 350000 1800000

　　4 填料 吨 7440 25 186000

　　5 格栅 米 0.26 325 84.5

　　6 工作间 米2 100 560 56000

　　7 泵 台 8 2500 20000

　　8 小计 2103085

　　9 零星工程(5%) 105154

　　总计 2208239

　　经计算求得吨水投资：2208239/6000=368元/吨。而采用曝气处理城市污水吨水投资为：2000元/吨左右。

　　2.运行费用

　　电费：0.42度/吨×0.65元=0.273元/吨

　　人工管理费：50元×10/6000=0.083元/吨

　　其它折旧费：(2208239-40000)/(20×365×24×3600×0.07)=0.049元。

　　这样运行费用为：0.273+0.083+0.049=0.405元/吨

　　而采用曝气处理城市污水运行费用为：0.70元/吨。

　　通过上述估算，得出采用此工艺处理生活污水的成本较低，经济上具有较高的可行性。

　　5结论

　　(一)研究得出普通生物滤池BOD5的去除效率高达95%以上，废水中的有机物被氧化分解得比较彻底，其处理水质可达到国家一级排放标准(COD〈60mg/L)，处理效果好，而且易于管理、节约能源。

　　(二)研究针对流量为6000m3.d(即人口为5万人的生活用水排放量)的区域，计算得出其滤池的总体积为7350m3，可分为6个滤池，每个滤池的尺寸可定为L×B×H=20m×31m×2m。

　　(三)在采用普通生物滤池工艺进行污水处理上，其吨水处理成本为368元/吨，运行成本为0.409元/吨。

　　参考文献：

　　[1]童安齐,沈建.水污染治理新技术.北京:科学出版社,2004.

　　[2]聂梅生.污水回用的技术路线.北京:化学工业出版社,2002,1-6.