生物濾池工藝在污水資源化中的應用

　　近年來，隨著人類社會的不斷發展，城市規模的不斷擴大，城市的用水量和排水量都在不斷增加，本文主要探討生物濾池工藝在污水資源化中的應用。

　　《水資源與水工程學報》(雙月刊)創刊于1990年，由教育部主管、西北農林科技大學主辦。本刊的辦刊宗旨是：以學術質量為核心，不斷提高期刊的社會效益和經濟效益。嚴格遵守國家有關編輯出版政策、法規，貫徹國家“科技興國”和“農業可持續發展”戰略，充分發揮科技期刊的政治導向和科技導向，不斷提高刊物的學術質量和知名度。

　　1引言

　　隨著經濟的發展，人口的增加，生活水平的不斷提高，世界范圍的淡水資源的需求和消耗不斷增多，相應的城市污水和工業廢水的排放量也在不斷增多。造成水環境污染范圍不斷擴大，水資源短缺情況日益嚴重。因此，選擇采用何種方式能有效的改善我國的水環境狀況，切實解決水資源不足的現狀是我們當前首要解決的問題。而利用需氧微生物對污水或有有機性廢水進行生物氧化處理的這種生物濾池工藝因其多重優點被廣泛應用于對城市污水進行處理回用的方案中。并有效的緩解了城市水資源供應不足的現狀，對城市的社會經濟發展有著重要的意義。

　　水資源污染現狀

　　我國城市生活污水排放量每年以5%的速度遞增，在1999年首次超過工業污水排放量，2001年城市生活污水排放量221億噸，占全國污水排放總量的53.2%。我國的廢水處理率一直很低，據統計：目前全國年排污量約為350億m3，但城市污水集中處理率僅為15%，工業廢水處理達標率也在70%以下，大部分廢水未經任何處理或處理不達標就排放到江河湖泊等受納水體，致使水質嚴重惡化，其中松花江、淮河、海河和遼河水系污染嚴重，86%城市河流受到了不同程度的污染[6]。照此狀況發展下去，城市的水環境將每況愈下，并進一步的加劇了水資源的短缺和水環境的污染。即使在我國水資源比較豐富的南方地區，由于水體污染，水質型缺水也處于相當嚴峻地步。而且隨著現代工業的發展及人口城市化的加速，城鎮污水量將愈來愈大，水環境污染也將會隨之日益加重。水環境的嚴重破壞也將造成巨大的經濟損失，影響著我國的社會經濟建設和城市的可持續發展。

　　3污水回用技術的應用和發展論文

　　3.1城市污水處理技術—生物濾池

　　生物濾池是以處理廢水中的有機污染物為主要目的的單元操作。生物濾池也稱滴濾池，是以土壤自凈原理為依據，在污水灌溉實踐的基礎上,經較原始的間歇式濾池和接觸池發展起來的人工生物處理技術。污水長時間以滴狀噴灑在塊狀濾料層的表面，就會在濾料表面形成生物膜，棲息在生物膜上的微生物即攝取流經污水中的有機物為營養物質，從而使污水得到凈化，這種處理構筑物稱為生物濾池[1]。

　　(一)分類

　　目前，研究應用的生物濾池種類很多，有普通生物濾池、高負荷生物濾池、塔式生物濾池、曝氣生物濾池、活性生物濾池和厭氧、好氧生物濾池等。

　　(二)構造

　　生物濾池一般由鋼筋混凝土或磚石砌筑而成，在構造上主要分為濾床、排水設備和布水裝置三部分。(1)濾床：它由濾料和池體組成，其中濾料是生物膜的載體亦是生物濾池的重要組成部分，其主要特性有：大的表面積，有利于微生物的附著;能使廢水以液膜狀均勻分布于其表面; 有足夠大的孔隙率，使脫落的生物膜能隨水流到池底，同時保證良好的通風;適合于生物膜的形成與粘附，且應該既不被微生物分解，又不抑制微生物的生長;有較好的機械強度，不易變形和破碎。(2)排水設備：它設置在池底，它通常分為兩層，即包括濾料下的滲水裝置和底板處的集水溝和排水溝。主要作用是收集濾床流出的污水與生物膜;滲水頂板用于支撐濾料，其排水孔的總面積應不小于濾池表面積的20%;滲水頂板的下底與池底之間的凈空高度一般應在0.6m以上，以利通風，一般在出水區的四周池壁均勻布置進風孔。(3)布水裝置：它設在濾料層的上方，其作用是在規定的表面負荷下，將廢水均勻分布到整個濾池表面上。在目前生產實踐中，常用布水裝置有固定式和旋轉式兩種。前者多用于普通生物濾池。而高負荷生物濾池和塔式生物濾池則常用旋轉布水裝置。

　　(三)凈化機理

　　生物濾池是采取污水通過布水裝置連續均勻的噴灑到濾池表面上，在重力的作用下，以滴流形式下落，一部分被吸附于濾料表面，成為成薄膜狀的附著水層，另一部分則以薄膜形式滲流過濾料，成為流動水層，最后到達排水系統，流出濾池的操作過程對污水進行凈化處理[2]。

　　(四)運行系統論文

　　生物濾池運行系統基本上是由初沉池、生物濾池、二沉池等三部分組合而成。(1)初沉池的作用是可預先去除廢水中的懸浮物，以防止濾層堵塞。(2)二沉池則用以分離脫落的生物膜，其所需的容積很小。(3)生物濾池中一般無二沉池污泥回流，特別是高負荷生物濾池和塔式生物濾池常采用出水回流。

　　生物過濾系統組合形式有單級運行系統和多級運行系統。生物濾池運行流程圖見圖1[14]，生物濾池運行流程圖。

　　資料來源：郭曉、韓宗育編《污水再生工藝流程》。

　　(五)影響生物濾池性能的主要因素

　　生物濾池中有機物降解過程非常復雜，同時發生著有機物在污水和生物膜中的傳質過程，有機物的好氧和厭氧代謝，氧在污水和生物膜中的傳質過程，生物膜脫落等物理、化學、物理化學和生物化學過程。這些過程的速率影響生物濾池的性能和處理效率。影響這些過程的主要因素有：

　　(1)濾池高度研究表明，生物濾池的處理效率在一定的條件下隨濾床高度的增加而增加，在濾床高度超過某一數值后處理效率提高很小，不經濟。另外濾床不同深度的微生物種類、數量都不同。濾床的上層，污水中的有機物濃度較高，微生物繁殖速率高，種屬較低級，生物膜量多，有機物去除速率較高;隨著濾床深度的增加，微生物從低級趨向高級，種類逐漸增多，生物膜量從多到少。這反映出濾床高度對處理效率的影響同廢水的水質有關。

　　(2)負荷率生物濾池的負荷率是一個集中反映生物濾池工作性能的參數。生物濾池的負荷率一般用兩種形式表現：以流量為準的負荷率稱為水力負荷率，單位是m3廢水/(m2濾池·d);以BOD5為準的負荷率稱為有機負荷率，單位是kgBOD5/(M3濾料·d)。有機負荷高，生物膜增長快，需要較高的水力負荷，一般是通過出水回流來解決。

　　(3)回流利用生物濾池出水稀釋進水的做法稱為回流，回流水量與進水量之比為回流比。回流多運用于高負荷生物濾池的運行系統，對生物濾池性能有明顯影響，是生物濾床由低負荷演變成高負荷的方法之一。它的優點是：①可增大水力負荷，促進生物膜的脫落，防止堵塞;②可稀釋污水，降低其有機負荷，并借以均化、穩定進水水質;③可向生物濾池連續接種，促進生物膜生長;④增加進水溶解氧，改善進水的腐化狀態;⑤防止濾池孳生蚊蠅。缺點是：①縮短了廢水在濾池中的停留時間;②灑水量大，降低了入流污水的有機濃度，從而降低傳質和有機物的去除率;③回流水中難降解的物質會產生積累;④冬天使池中水溫降低;⑤增加能耗，增大運行費用。可見回流對生物濾池的影響是多方面的。

　　(4)供氧向生物濾池提供充足的氧是保障生物膜正常工作的必要條件，也有利于排除代謝產物。在生物濾池中，微生物所需的氧一般來自大氣，是靠自然通風供給。影響濾池自然通風的主要因素：①池內溫度與氣溫之差;②濾池高度;③濾料孔隙率及風力等; ④濾池堵塞也會影響通風。入流污水有機物濃度較高時，供氧條件可能成為影響生物濾池工作的主要因素。

　　4普通生物濾池設計計算

　　設計小區的條件：某地方設計人口N=50000人，排水標準為120L/(人.d)，污水BOD5按25g/d考慮，設計普通生物濾池。年平均氣溫為7℃，K總=1.5。年平均氣溫為7℃時，濾池容積負荷M=170gBOD5/(m3.d),La=25g/(人.d)。

　　1、水量的確定

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

　　2、格柵的計算

　　上為格柵計算草圖，設柵前水深h=0.4m，過柵流速取v=0.9m/s，用中格柵，柵條間隙e=20mm，格柵安裝傾角α=60°

　　柵條的間隙數：

　　取柵條寬度S=0.01m，柵槽寬度：B=S(n-1)+en=0.01(9-1)+0.02×9=0.26m

　　進水渠道漸寬部分的長度：若進水渠寬，漸寬部分展開角度，此時進水渠道內的流速為，

　　柵槽與出水渠道連接處的漸窄部分長度：

　　因柵條為矩形截面,取k=3,并將已知數據代入式得

　　柵后槽總高度：取柵前渠道超高，柵前槽高

　　柵槽的總長度：

　　每日柵渣量：取，

　　采用人工清渣。

　　3、濾池尺寸的確定

　　(1)每人所需濾池面積V2=La/M=25/170=0.147(m3/人)

　　(2)濾池總體積V=NV2=50000×0.147=7350(m3)

　　(3)設濾池層高H=2.0m，則生物濾池的有效面積F=V/H=7350/2.0=3675(M2)

　　(4)污水平均日流量Q=50000×0.12=6000(m3.d)

　　(5)濾池的面積校核q=Q/F=6000/3675=1.63[m3/(m2.d)]

　　q在1～3m3/(m2.d)之間,可以滿足要求。

　　(6)濾池的平面尺寸。采用6個濾池，每個濾池的面積為

　　F1=F/m=3675/6≈613m2平面尺寸為L×B=20m×31m

　　(7)每個濾池的濾料體積為V1′=BLH=31×20×2=1240(m3)

　　(三)經濟指標評價

　　1.土建(固定成本)分析計算表見表4，經濟指標分析計算評價表。

　　表4經濟指標分析計算評價表

　　單位：元

　　序號 名稱 單位 數量 單價 (直接費)合價

　　1 格柵渠 米 5 200 1000

　　2 土地費 畝 10 4000 40000

　　3 濾池 座 6 350000 1800000

　　4 填料 噸 7440 25 186000

　　5 格柵 米 0.26 325 84.5

　　6 工作間 米2 100 560 56000

　　7 泵 臺 8 2500 20000

　　8 小計 2103085

　　9 零星工程(5%) 105154

　　總計 2208239

　　經計算求得噸水投資：2208239/6000=368元/噸。而采用曝氣處理城市污水噸水投資為：2000元/噸左右。

　　2.運行費用

　　電費：0.42度/噸×0.65元=0.273元/噸

　　人工管理費：50元×10/6000=0.083元/噸

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

　　這樣運行費用為：0.273+0.083+0.049=0.405元/噸

　　而采用曝氣處理城市污水運行費用為：0.70元/噸。

　　通過上述估算，得出采用此工藝處理生活污水的成本較低，經濟上具有較高的可行性。

　　5結論

　　(一)研究得出普通生物濾池BOD5的去除效率高達95%以上，廢水中的有機物被氧化分解得比較徹底，其處理水質可達到國家一級排放標準(COD〈60mg/L)，處理效果好，而且易于管理、節約能源。

　　(二)研究針對流量為6000m3.d(即人口為5萬人的生活用水排放量)的區域，計算得出其濾池的總體積為7350m3，可分為6個濾池，每個濾池的尺寸可定為L×B×H=20m×31m×2m。

　　(三)在采用普通生物濾池工藝進行污水處理上，其噸水處理成本為368元/噸，運行成本為0.409元/噸。

　　參考文獻：

　　[1]童安齊,沈建.水污染治理新技術.北京:科學出版社,2004.

　　[2]聶梅生.污水回用的技術路線.北京:化學工業出版社,2002,1-6.