濾層厚度對慢濾池深度處理污水的性能影響

1、酉相生等：濾層片度對慢濾池深度處理污水的性能彤響567濾層厚度對慢濾池深度處理污水的性能影響曹相生】，劉杰】，孟雪征：曲慶國21.北京I業(yè)大學(xué)建匚學(xué)院，北京100124 ： 2.棗莊市市政I II管理處，山東棗莊277100摘要：將慢濾池用于污水二級出水的深度處理.并利用小試裝程研究了濾層厚度對慢濾池性能的影響 選取濁度、COD和 色度- 標.在濾層不同深度處多次取樣，分析各指標沿濾層厚度的變化 結(jié)果表明，采用粒徑為040.6mm,濾層厚 度為800 mm的石英砂做濾床時.慢濾池對二級出水具冇較好的凈化效果：、幷進水濁度、COD和色度分別為1.36.9NTU、 30.4 - 70 0 mg-L

2、'1和20 6° 57.6。時.平均去除率分別達到86.5%、45.0%和46.3% 從試驗結(jié)果町以看出.慢濾池類似一個 微縮的污水二級處理系統(tǒng).濾層農(nóng)面的粘性濾膜起到類似初沉池的作用可以對乞指標實現(xiàn)較好的去除.58.6%的濁度32.7% 的COD和45.7%的色度是在濾層上部去除的；慢濾池中部起到類似曝氣池的作用.下部起到類似二沉池的作用.對水質(zhì)指 標也能實現(xiàn)一定的去除.關(guān)鍵詞：過濾；污水深度處理；生物膜；濾層耳度；慢濾池中圖分類號：X701.3文獻標識碼：A文章編號：1674-5906 ( 2010 ) 03-0566-04酉相生等：濾層片度對慢濾池深度處理污水的性能彤響

3、567酉相生等：濾層片度對慢濾池深度處理污水的性能彤響567作為一種傳統(tǒng)的水處理藝慢濾池在給水處 理中曾經(jīng)占存很魚要的地位°但由于其固有的產(chǎn)水 量低，占地而積大的缺點.后來逐漸被快濾池所取 代，近年來.隨希飲用水水質(zhì)標準的提高，由于能 夠保證良好的出水水質(zhì).慢濾在給水領(lǐng)域巫新得到 重視。目前，英國泰晤上水務(wù)罔込仃十匕套慢濾 裝置，總處理能力約250xl04m3 d21o事實上，慢濾也一直被用于污水深度處理領(lǐng)域 卩句?？?2007年起，本課題組建立了一套慢濾實驗 裝置.對慢濾處理污水二級出水的性能展開了系統(tǒng) 研究。慢濾池成熟后，會在濾料頂部長出一層右粘 性的濾膜(schinutzdec

4、ke )。該濾膜対慢濾池的性能 有較大影響.是慢濾池去除COD和濁度等物質(zhì)的 主要場所-當(dāng)然，濾層下部也會起到一定的作用- 國內(nèi)外対慢濾濾層厚度的研究報道較少，不僅絕大 多數(shù)限于給水處理范圍.而II較少研究濾層厚度對 水質(zhì)的影響-如Graham等人將慢濾池用于給水 處理中并研究了濾層厚度對出水水質(zhì)的影響。他們 采用合成纖維作為濾料.分別対50、30和20 cm 耳個濾層諄度展開試驗 結(jié)果肚示，降低濾層厚度, 出水水質(zhì)會變差。但足20 cm的慢濾池仍可以滿足 WHO所規(guī)定的大部分出水指標要求。Elhs等人 對于濾層庫度與濾料中的微生物的關(guān)系做過研究. 指出當(dāng)濾層深度大于400 mm時，濾料中的細

5、菌數(shù) fit會明顯降低Dibeniardo L等人對于藻類在濾 層厚度的變化試驗后指出藻類在濾層頂部的粘性 濾膜(schniutzdecke )內(nèi)數(shù)雖最多.hi(E濾層厚度 為40 cm處數(shù)帚最小?？紤]到慢濾池用于飲用水處理和污水深度處理 時的處理對象有顯著差異,因此濾層厚度所表現(xiàn)出 的性能也會有所不同為此對污水深度處理中的 慢濾池濾層厚度対水質(zhì)的影響進行了研究。1試驗裝置與方法1.1試驗裝置整個研究利用一套小試裝置進行。該小試裝置 放在北京丁業(yè)大學(xué)水質(zhì)科學(xué)與水環(huán)境恢復(fù)丁程北 京市甫點實驗家。采用1個內(nèi)徑為90 mm的有機玻 璃柱作為慢濾池的試驗柱，柱高250cm,柱內(nèi)濾料 為石英砂。石英砂粒

6、徑在04 0.6 min之間，厚800 mm 承托層丿恬300 mm. Hl 1 30 nim的礫石組成 旨先利用一個SBR反應(yīng)器對來口北京業(yè)大學(xué)西 區(qū)家屬院的住活污水進行二級處理 通過調(diào)整SBR 反應(yīng)器的運行參數(shù)使氏出水適合慢濾池進水的要 求。慢濾池試驗濾柱的具體尺寸見圖1。1.2試驗和分析方法基金項目：國家自然科學(xué)星金項11(50808002)；北京科技新星i|劃(2OO8B11)作者簡介：曹相生( 1973年生).副教授.博士.主要從事污水處理及回用研究 Ecn通訊作音收稿日期：2010-01-04慢濾池啟動后.將氏濾速控制在0.1 mh1-每 夭測

7、定慢濾池進出水的濁度、COD和色度等指標。 待其穩(wěn)怎運行后沿著濾層不同深度取樣，貝體取 樣位進見圖10取樣后立即對濁度、色度和COD三 個指標進行分析化驗 其中COD采用分光光度法. 所用儀器為連華5B-3(B)型COD多元快速測儀， COD分析方法按照儀器說明書進行；氏他所用分析 方法均參照文獻。其中色度采用分光光度法.波 氏選為350 nm：濁度采用SZD-1型散射光濁度儀8 "co:8慢0SI00I 003 廉圖1慢濾池試酸濾柱示意圖(單位：mm)Fig 1 Profile of the slow sand filter (unit mm)試驗期間進水水溫在17-20 C之間。

8、沿檸濾層深度取樣的試驗共進行了 7次。以下 圖中給出的數(shù)據(jù)是7次試驗的平均值和標準差 2結(jié)果與討論 2.1試驗結(jié)果試驗期間.慢濾池進出水水質(zhì)悄況見表1。表1說明，慢濾池對濁度、COD和色度均具 冇良好的去除效能 慢濾出水的濁度可以保證在II： 常低的水平，已高于我國現(xiàn)行的飲用水水質(zhì)標準 (GB 5749-2006 )。雖然進水COD較低.但慢濾依 然對COD仍冇45.0%的去除效率，出水COD平均 為29.7 mg-L-1.也處于非常低的水平。另外，慢濾 對色度也表現(xiàn)出較好的去除率。對比慢濾池三個指 標的進出水幅度，可以明顯看到.三個指標出水輜 度遠低于進水幅度這說明J'慢濾池良好的抗

9、沖擊 負荷能力。統(tǒng)計項H濁度/NTUCODXmgL*1)色度Q進水幅度l 37 930470020.457.6進水半均值3.954.138.7出水幅度01-09195-41.413.3-289出水平均值0.529.720.0平均去除率8&545.046.3表1慢謔池的處理效果Table 1 Perfonnances of the slow sand filter濁度、COD和色度沿濾層烽度的變化情況分別 見圖2 4。其中圖2 4中濾層深度0 cm表示慢濾 池進水，110 cm處衣示慢濾池出水，由圖2町知，慢濾池進水濁度7次取樣的平均 值為1.8 NTU經(jīng)過18 cm濾層厚度降為0.9

10、NTU, 本段平均去除率為46.8%,之后經(jīng)過38 cm的濾層 厚度，濁度降為0 8 NTU累計去除率為55.7%- 然厲又經(jīng)過底端的68 cm濾層和諄度為30 cm的承 托層出水后.濁度降為0.3 NTU.累計去除率為 80 0%，T -/.0$.e42.086L2niN/里多興*冬=*室多908070350403020100204060 80100120油 J2 i：X Jft /cm圖2濁度沿濾層厚度的變化 Fig 2 Turbidity changes along the filter depth20406080 1X 120濾層深茂5圖3 COD沿濾層厚度的變化Fig 3 COD c

11、hanges alone the filter depth-A-COO tf-B-CODiRitiliS：*冬弄g豈±找§ S040W2010- a22201816u1250405020102040608C1X 120波層深度5圖4色度沿濾展厚度的變化Fig 4 Color changes along the filter depth由圖3町以看到慢濾池進水COD 7次取樣的 平均值為45.0 mg lA,經(jīng)過18 cm濾層乎度、下降 為33.8 mg L1,本段平均去除率為24.3%。然厲通 過38 cm的濾層焊度.COD降為29.9 mg-L'1累計 去除率為3

12、3.2%°赧后乂經(jīng)過底端的68 cm濾層和 厚度為30 cm的承托層，出水中的COD降到23.9 mg-L1,累計去除率為463%。由圖4可知，慢濾池進水色度的平均值為 568生態(tài)環(huán)境學(xué)報第19卷第3期(2010年3月)2L3。，在通過18 cm濾層厚度后.降為17.7%本 段平均去除率為16-3%。之厲經(jīng)過38 cm的濾層厚 度.色度降為17.3。.累計去除率為18.1%。呆后又 經(jīng)過底端的68 cm濾層和厚度為30 cm的承托層出 水后，色度降為13-7。，累計去除率為351%。2.2討論由圖24可以明顯看出,慢濾池上部18 cm 的濾層厚度對濁度、COD以及色度的去除起到了關(guān)

13、鍵性作用,58.6%的濁度、52.7%的COD和45.7% 的色度是在此部分去除的臥然這應(yīng)歸功于濾層頂 部的粘性濾膜(sclimutzdecke )。慢濾池成熟厲，濾料頂部會門然形成一層粘性 濾膜。在我們的試驗中，可以明顯看到濾料頂部有 厚度約10 nim的黃褐色粘性物質(zhì) 由丁慢濾池進水 為污水二級處理厲的出水.因此在粘性濾膜中.述 長有一些絮狀的活性污泥。濁度主要反映水中粒徑在膠體范圍內(nèi)的顆粒 性物質(zhì)的多少。濾層頂部的粘性濾膜顯然起到了 類似于機械攪拌澄清池內(nèi)懸浮泥渣層的作用.將 水中膠體顆粒很好地截陽下來.從而使水濁度大 輛降低在濾層中部，濁度下降緩慢具至還有所上升, 有文獻認為.在慢濾池

14、濾層0.3 m深處存在一個異 養(yǎng)細函區(qū).冇機物在這里被分解吸收并被合成為細 胞物質(zhì) 在給水處理中.形成濁度的主要是無機 砂粒和少量有機物顆粒物質(zhì)而在污水二級出水 中.濁度兒乎都是山冇機顆粒構(gòu)成。由于異養(yǎng)菌的 作用，有機顆粒町能會被水解為更小的顆粒另外, 溶解性右機物被利用肩也會合成一些新的細菌而 這吐細菌的大小正好在膠體范圍內(nèi).從而構(gòu)成新的 濁質(zhì)粒子因此從濁度指標來看.溶解性和顆粒性 右機物的分解不會使?jié)豳|(zhì)粒子大幅度減少，故此表 現(xiàn)出在慢濾池濾層中部幾乎沒冇發(fā)牛濁度的去除，在濾層下部及承托層內(nèi).慢濾池的牛物作用逐 漸降低，而物化過濾功能得到加強。這應(yīng)是濁度能 夠進一步降低的原因。COD可以分為

15、顆粒性COD( PCOD )和溶解性 COD ( SCOD )兩類。在慢濾池上部.粘性濾膜對 PCOD有良好的截闕作用.這從粘性濾膜對濁度的 良好去除能力町以看出。另外.粘性濾膜主要山細 菌和藻類組成-慢濾池的低濾速町以保證粘性濾膜 與水中SCOD有足夠的接觸時間。這樣粘性濾膜中 的細菌、藻類等微牛物町以很好地發(fā)揮牛物氧化作 用，將SCOD去除 止是粘性濾膜對PCOD和SCOD 的作用使得COD在慢濾池濾層上部得到明顯去除。在濾層中部.COD的去除昴較少.這應(yīng)該是濾 層中部異養(yǎng)細啣區(qū)作用的結(jié)果。二級出水經(jīng)過慢濾 池濾層農(nóng)南的粘性濾膜后，濁度降為0.9 NTU 故 此可以推斷污水中的有機物主要為

16、SCOD,異屛區(qū) 內(nèi)的細茵利用這些SCOD后雖然町以將SCOD去 除，但由于口身增值會形成新的細菌，而細菌也是 COD的組成部分。由圖2可以看到,濾層中部對濁 度的去除雖很少.這說明濾層中部的物化過濾能力 較差.因此新形成的細菌不會被濾床很好地截陽, 而是隨著水流方向流向濾層深部。故此在慢濾池中 部,主要發(fā)生了 SCOD向PCOD的轉(zhuǎn)化，但總的 COD變化不大.因此表現(xiàn)出COD在濾層中部的去 除變緩。在濾層下部.COD的去除量較濾層中部增多° 由圖2町以看出.濾層卜部對濁度的去除能力乂得 到加強 因此，下部濾層對PCOD應(yīng)右衛(wèi)好的去除 效果另外.下部濾層內(nèi)應(yīng)冇少杲的牛-物作用厲如 使

17、得SCOD和PCOD進一步去除，從而 在加觀上表現(xiàn)出COD又右了較大幅度的降低°色度可以山溶解性物質(zhì)引起.也可由膠體及懸 浮物質(zhì)引起。前者稱之為“真色”。由圖2和圖3可 他，粘性濾膜対膠體類顆粒和溶解性物質(zhì)均有良好 的截胡去除作用.故此.慢濾池上部能夠?qū)崿F(xiàn)色度 相對校多地去除。在濾層中部,色度并沒有出現(xiàn)較大的變化。由 上述刈COD的分析可知，隨打溶解性冇機物在濾 層中部得到大呆去除.真色值會卜降 但同時由于 產(chǎn)生了細菌等膠體顆粒，使得色度又會上升。二者 的綜合結(jié)果彊終導(dǎo)致了色度沒能在濾層中部得到 大幅度去除。莊濾層下部.色度又出現(xiàn)了進一步的降低-，顯 然，這是濾層物化過濾功能去除了水

18、屮能引起色度 的膠體類物質(zhì)的緣故.從不同濾層深度對濁度、COD和色度的去除來 看。三個指標表現(xiàn)出了一致性"沿農(nóng)濾層深度的増 加方向(水流方向)慢濾池類似一個微縮的污水 二級處理系統(tǒng)。慢濾池上部類似初沉池，中部類似 曝代池，下部類似二沉池。正是這么一個微縮的二 級處理系統(tǒng).對污水的二級出水起到進一步凈化的 作用，3結(jié)論(1 )慢濾池對污水二級處理出水有良好的凈化 效果。將濾速控制為0.1 mh 】,當(dāng)進水濁度、COD、 色度分別在 1.3 6.9 NTU、30.4 - 70.0 mg L1, 20 6° 57.6。范制時慢濾池對這三個指標的平均去 除率分別達到86.5%、45

19、.0%和46.3%。(2 )慢濾池類似一個微縮的污水二級處理系 統(tǒng)，煜濾池上部(粘性濾膜)起到類似初沉池的作 用，中部起到類似曝Y池的作用.卜部起到類似二 沉池的作用。慢濾池濾層表I衍的粘性濾膜 (schnnitzdecke )対去除COD,濁度利色度起到了 關(guān)鍵作用 粘性濾膜承擔(dān)f 52.7%的COD、58 6% 的濁度和45.7%的色度去除任務(wù)。(3)綜合考慮COD、濁度和色度三個指標，選 擇粒徑范圍0 4 0 6 mm.厚800 mm的石英砂作為 污水深度處理中的慢濾池濾床是合適的。參考文獻：1 DOREA C C, CLARKE B A. Chemically enhanced gra

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26、formances of a slow sand filterused for wastewater advanced treatmentCAO Xiangsheng1, LIU Jie1, MENG Xuezlieng1； QU Qingguo"1. College of Cinl Engineering. Beijing University of Technology. Beijing 100124. China:2. Zaozhiiang Bureau of'Municipal Engineering, Zaozhuang 277100、ChmaAbstract: A lab-scale slow sand filter was used for advanced treatment of secondary effluent of domestic wastewater. Performances of the slow sand filter along the filter bed were deliberately studied Results showed that the arerage remo-al rates o