城市污水二级处理出水再生利用的催化填料高效过滤技术开发和工程示范

张智，龙腾锐，方芳，刘绍武
（重庆大学 城市建设与环境工程学院，重庆 400045）

1 污水再生过滤技术的发展及趋势

　　近年来，水资源的匮乏已逐渐成为制约社会经济发展的重要因素之一，水体污染的日益严重和水需求量的大幅度增加，进一步加剧了水的危机。
　　一方面，城市缺水严重；另一方面，城市产生的大量废水，既污染了环境，又浪费了宝贵的水资源。其实，人类使用过的水中，污染物质只占0.1％左右，比海水的3.5％少得多，其余绝大部分是可以再用的清水。废水经过适当的再生处理，可以重复利用，实现水的良性循环。一般情况下，污水再生利用工程比兴建天然水取水工程，特别是长距离引水工程投资更省，并能相当程度的降低运行费用。因此，研究城市污水二级处理再生利用技术，具有重要的现实意义。
　　城市污水再生工艺取决于二级出水水质及再生水利用水质的要求，通常单一的某种水处理方法很难达到再生水水质要求，而需要多种污水处理技术的合理组合，而且处理工艺的选择于组合不仅与污水的水质特征、处理后水的用途有关，而且与各处理过程的互容性及经济的可行性有关。
　　生物过滤技术是近年来污水深度处理采用较多的一种处理方式。美国在常规的二级处理之后加上生物过滤，使污水厂处理的水达到回用的目的，欧洲国家也多采用过滤作为深度处理的一个单元。过滤是使二级生物或物理化学处理后的废水通过颗粒填料的截留和附在其上的生物膜的生物降解作用，达到进化水的目的。
　　过滤技术的发展主要包括两个方面：填料的开发和新的滤池型式。
　　近年来，滤池出现了许多新形式，如V型滤池，D型滤池，无阀滤池等，滤料也从单一砂滤池增加到纤维束滤池，彗星滤料、烧结陶粒、塑料颗粒等；用于污水再生工艺的新过滤池型如滤布滤池、Aquazur V型滤池、Biofor生物滤池、连续膜过滤、Aria系统和DA超高D型滤池等，代表了滤型的发展方向；过滤技术的发展的总趋势是：净化效果好、效率高、管理方便、易于设备化和技术成套化。

2 催化填料的研究

2.1 需氧微生物生长促进剂的筛选研究
2.1.1 试验目的
　　若是在填料中投加适量的这类痕量金属离子，就可以加速微生物生长，缩短挂膜周期。对于需氧微生物生长促进剂，国内外学者进行过一些研究，但报道不多，结论也不尽相同。为了寻求投加到填料中促进剂的种类及投量，进行了本项试验。
2.1.2 试验条件和方法
　　(1) 需氧微生物生长促进剂的初步选择
　　在需氧生物处理过程中，某些离子是微生物细胞合成所必需的，适当的含量可以增速细胞的合成；还有一些离子作为酶的激活剂，促进需氧生物化学反应的进程[2]。根据现有资料，本试验初步选择A、B、C、D、E、F、G、H等八种离子进行小型试验研究，通过改变进水中离子浓度的变化，检测它们对需氧微生物的影响，从而确定其最佳浓度范围。
　　(2) 需氧微生物活性参数指标的选择
　　为了测定金属离子对活性污泥的影响，试验从生物活性这个方面进行考察。由于脱氢酶活性和耗氧速率具有极好的相关性、可增加试验结果的可靠性，因此将这两项指标作为本试验衡量生物活性的参考指标。
　　(3) 试验方法
　　本试验分三个阶段进行：第一阶段为寻求各金属离子的促进范围，所以只考虑某一种离子在不同浓度下对活性污泥的活性影响，保证同一组金属离子试验条件的一致性，而并不强调组与组之间试验条件的一致性；第二阶段为确定各金属离子在其最佳浓度条件下对活性污泥活性促进程度的大小顺序；第三阶段的正交试验为确定不同种金属离子同时作用于活性污泥，以寻求金属离子之间的优劣和重要性程度。
　　本试验通过向进水中投加金属盐溶液来增加混合液中该金属离子的浓度，考虑到Cl-、NO3--N在生活污水中广泛存在，因此试验时金属离子分别以硝酸盐或氯化物的形式加入，并分别换算成各自的离子浓度。
　　(4) 测试指标
　　① 判断指标
　　以脱氢酶活性和耗氧速率反映微生物的活性；
　　以DO，pH值，水温等作为管理指标。
　　试验中的测试项目及方法见表1。
　　② 泥耗氧速率的测定和计算
　　首先从桶中取出污泥混合液放入离心管中离心，弃去上清液，加入清水，曝气24h使其处于内源呼吸状态，然后再将内源呼吸期的污泥离心，得到的沉淀污泥与预曝气充氧饱和的人工废水(COD值大约为100mg/L)以及一定量的金属盐溶液完全混合，一同倒入BOD瓶中，塞入DO探头，密封保证瓶内无气泡，然后把BOD瓶放在磁力搅拌器上缓慢搅拌，待稳定后记录溶解氧DO随时间t变化情况，根据式　　(1)可求得比污泥耗氧速率：
　　SOUR=(dDO/dt)/X (1)
　　式中：SOUR为比污泥耗氧速率，mgO2·L/(g MLSS·h)；dDO/dt为溶解氧随时间的变化率，mgO2/h；X为混合液污泥浓度，gMLSS/L。

表1 测试项目及方法

项目 方法 项目 方法 DO 溶氧仪 水温 溶氧仪 MLSS 103－105℃烘干重量法 脱氢酶 TTC－脱氢酶活性法[6] pH 精密pH试纸 耗氧速率 溶解氧测定仪法

2.1.3 需氧微生物生长促进剂的试验结果
　　为了确定A、B、C、D、E、F、G、H等八种金属离子对活性污泥活性的各自独立影响，将它们以不同的浓度分别投加，然后测定活性污泥的比耗氧速率和脱氢酶活性。试验结果表明：在A、B、C、D、E五种金属离子在合适的浓度范围内均有促进作用：A离子最佳促进浓度为5mg/L；B离子最佳促进浓度为1mg/L；C离子最佳促进浓度为1mg/L；D离子最佳促进浓度为1mg/L；E最佳促进浓度为0.5 mg/L。
　　为了考查何种金属离子对活性污泥活性的促进作用最强，在相同试验条件下，将A、B、C、D、E等五种金属离子分别按单离子试验所确定的最佳浓度投加，然后测定活性污泥的耗氧速度，试验结果为：金属离子各自最佳投加浓度下，投加A离子比污泥耗氧速率最大。这说明A离子对活性污泥活性的促进作用最大，各离子促进作用的大小顺序是：A＞D＞C＞E＞B。
　　进行几种金属离子同时作用于活性污泥的试验研究，可以获得金属离子对其活性影响的主次顺序及显著性。根据第一阶段的试验，得到A、B、C、D、E等五种离子对活性污泥的耗氧速率及脱氢酶活性均有促进作用，因此在这阶段中，将以该五种离子进行一组5因子2水平的正交对比试验。本试验选用L8(27)正交表，5因子的2水平均处于各离子对活性污泥的促进浓度范围内。
　　② 试验结果及分析
　　为考察混合离子对活性污泥活性的影响，除正交试验的8组外，同时还安排一组空白试验，在相同的条件下测定比污泥耗氧速率，通过对试验结果的极差分析表明：A离子是影响比污泥耗氧速率的主要因素，各因素的主次顺序为A＞C＞D＞E＞B。同时可以确定正交试验的最优方案为A1B2C2D1E1：A(5mg/L)、B(3mg/L)、C(1mg/L)、D(0.5mg/L)、E(0.25mg/L)。
2.2 填料烧制试验装置及工艺程序
2.2.1 试验装置
　　填料烧制试验装置包括：强制式搅拌机、对辊造粒机、烘干机、煅烧旋转炉、冷却转筒和燃料制备及输送设备
2.2.2 工艺程序
　　填料烧制工艺按照以下程序进行：
　　　　原粒→造粒→烧制冷却→破碎→筛分→成品
造粒过程：造粒时根据原粒具体含水率酌量加水，使原粒含水率保持在15～18%左右，原粒强度为将其从2米高度坠落后破碎率不大于5%。
　　烧制过程：本试验采用旋转炉进行生产性烧制试验。整个烧制过程分为预热、焙烧和冷却三个阶段。其中：原粒进入高温区(温度控制在950～1 150℃后发生软化和液相化并具有适当的粘度，进入冷却段后原粒表面液相冷却成一层坚硬的外壳，内部呈蜂窝状多孔结构。整个烧制过程历时58～60min。
　　破碎、研磨及筛分过程：将冷却至室温的填料半成品在捣碎机上破碎成5～20 mm的小颗粒，再利用标准筛将破碎的小颗粒筛分成所需粒径的成品。
2.2.3 填料烧制的试验安排
　　(1) 影响因素及水平的确定
　　骨料的选择：根据已有的研究结论，本试验选用粘土作为需氧微生物催化填料的骨料。采用的粘土呈小块状，颗粒较细，颜色为红褐色，其主要矿物成分为含水高岭土(Al2O3·2SiO2·nH2O)。选用粉煤灰作为掺和料。粉煤灰是以煤粉为燃料的火力发电厂排出的工业废渣，利用得当可以化废为利，降低填料的生产成本。
　　成孔剂的选择：成孔剂是为了改善填料在烧制过程中的膨胀性能和孔结构发育状况而添加的物质。为了适当控制粘土在加热过程中的软化温度，调整膨胀所需气体的生成速度和生成量，本试验选定煤粉作为成孔剂，以改善填料在烧制过程中的膨胀性能和孔结构发育状况。
　　微生物生长促进剂的确定：根据前一阶段试验结果，按一定比例投加微生物生长促进剂A离子，并选择当地廉价的矿产资源M作为A离子的投加物。
　　影响因素及水平表：填料烧制的影响因素较为复杂。为了得到表面粗糙、轻质并对附着微生物生长具有促进作用的填料，以粘土为骨料、粉煤灰为掺合料并加入适当比例的煤粉和微生物生长促进剂A离子。本次正交试验选择影响填料性能的主要因素为：促进剂、粉煤灰、煤粉。每个因素均选择了三种水平，如表2示。

表2 正交试验影响因素及水平表

影响因素水平 促进剂 (%)
(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 填料物理特性评价指标
　　根据填料在废水处理生物膜法工艺中所起的作用，将评价颗粒填料性能优劣的物理指标归纳如下：
　　（1）比表面积
　　比表面积指单位质量填料颗粒具有的表面积总和，也可表示为单位体积堆积体积填料所具有的表面积总和。表面积的测定可采用气体吸附法或液体吸附法，其中应用最广的是BET氮气吸附法。一般而言，填料比表面积越大，对微生物的附着越有利。
　　（2）氦密度
　　氦密度也称真密度，是指填料在绝对密实条件下单位体积填料的质量，单位为(g/cm3)。本试验采用美国Micromeritics公司的Autopycnometer1320型氦密度计。
　　（3）孔结构分布
　　多孔填料表面微孔的形状极不规则，孔隙的大小也各不相同，通常以孔容按孔径大小分布作为描述微孔特征的重要参数，简称孔结构分布。一般采用压汞法测定。
　　（4）孔容
　　总孔容：总孔容是指由填料的压汞数据计算得出，包括在测试压力范围内测得的所有微孔之和。
有效孔容：综合相关文献的研究结果可知，当多孔填料的微孔孔径为微生物尺寸的1～5倍时有最佳的生物量积累，而废水生物处理中细菌大小一般为0.5～5.0μm，因此本研究将细菌最小尺寸1倍以上，即大于0.5μm微孔所对应填料孔容之和定义为有效孔容。
　　（5）最优孔容
　　最优孔容是指微孔孔径为细菌尺寸的1～5倍，即0.5～25.0 μm微孔所对应填料孔容之和。
　　（6）均值孔径
　　废水处理填料首先应该具有良好的生物膜附着性，这一性能与填料表面的孔径分布密切相关。通常评价孔径分布的参数有中值孔径、平均孔径和均值孔径。其中中值孔径是指对应于50%时的孔径，平均孔径时通过一定的数学模型由总孔容和总孔比表面积推求得出的，这二者都很难突出孔径分布的特征。而均值孔径是指随机变量孔径r的数学期望，它表现了各级孔的权重影响，物理意义比较明确。通过对均值孔径rp的计算以及对填料孔容随孔径变化情况的考察，可对填料的孔径分布作出大致判断，从而为从物理特性的角度评价填料的优劣提供重要指标。
　　（7）机械强度
　　具有足够的机械强度是理想填料必须具备的条件之一。磨损破碎率能全面评定填料的机械强度，一般采用机械振荡法测定，即通过机械振动使填料颗粒相互碰撞、摩擦使之破碎和磨损，从而确定其破碎磨碎率。并按下列公式计算：
　　磨损率 (%)＝G1o100/100 (2)
　　破碎率(%)＝G2o100/100 (3)
　　磨损破碎率(%)＝(G1＋G2)o100％/100 (4)
　　式中：G1为2.5mm筛上填料质量(g)；G2为2.5mm筛下填料的质量(g)。
　　（8）松散容重
　　松散容重是指填料颗粒在自然堆积状态下单位体积的重量，一般采用量筒法测定。根据公式（5）可计算松散容重：
　　　　　r0=G/V (5)
　　式中：r0为填料的松散容重(g/mL)；G为填料的质量(g)；V为填料的体积(mL)。
　　松散容重是填料的考察指标之一，一般r0越小，填料越轻，对生物膜反应器的结构荷载越小。
　　（9）空隙率
　　空隙率是指干燥状态下反应器内填料层中空隙部分所占的体积与填料层体积之比。填料空隙率与其颗粒形状、均匀程度以及压实程度等有关。
2.3.2 填料物理特性测定结果及分析
　　填料物理特性测定结果为：有效孔容0.15～0.32mL/g、机械强度2.2%～4%、松散容重513～749kg/m3、比表面积0.64～1.70m2/g和粒径5～10mm。
2.3.3 填料物理特性考察指标选择
　　因此，本试验将填料的机械强度、松散容重和有效孔容作为正交分析的考察指标，对填料物理特性进行分析，以辨析出各试验因素对考察指标的影响重要性顺序，筛选出优质或最佳填料配比。
　　（1）填料物理特性分析
　　采用极差分析法对正交试验结果进行分析，即通过各因素极差大小确定其对指标影响的大小顺序，用每一因素不同水平导致结果的最大值或最小值确定诸因素的最优水平。
　　为了便于直观分析，作因子水平与同水平平均值k值的关系图，如图1所示。同理，以松散容重和有效孔容考察指标对正交试验进行极差分析，分析结果分别因子水平与k值的关系图分别如图2和3所示。

　　以机械强度为考核指标，如图2.1所示，按极差大小排列各因素的影响大小顺序为：煤粉>粉煤灰>促进剂。根据磨损破碎率越小越好的原则，可以得出最优的一组水平为促进剂为0.5%，粉煤灰为0%，煤粉为2%。
　　以松散容重为考核指标，如图2.2所示，按极差大小排列各因素的影响大小顺序为：粉煤灰 > 促进剂> 煤粉。促进剂添加量为0.75%，粉煤灰为0%，煤粉为2%。
　　以有效孔容为考核指标，如图2.3所示，按极差大小排列各因素的影响大小顺序为：粉煤灰 > 煤粉 >促进剂。促进剂为0.75%，粉煤灰为0%，煤粉为4%。
　　综上分析，填料较优的一个水平组合，其各项指标分别为：松散容重513kg/m3，磨损破碎率1.1%，有效孔容0.3195mL/g。
2.4 影响填料烧制的因素分析
　　（1）炉内温度
　　填料烧制的关键技术是控制填料内部微孔的发育，使之符合微生物附着对孔形态的要求，而填料内部微孔的形成主要是焙烧时原粒内部产生气体而引起的。因此，烧制过程中转炉温度的控制是至关重要的一环。本研究结合转炉设备的特点及小试的成果，确定炉内焙烧温度950~1150℃，采取缓慢升温快速降温的烧制方式，整个烧制过程历时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标之一试验表明：总含炭量在2~4%时，烧制的陶粒膨胀性能较优。
　　（3）原粒质量
　　原粒的含水率也是影响其质量的重要因素。原粒中含水率越大，毛细管数量就越多，直径越大，在进入炉体后的干燥过程中，毛细管的收缩幅度越大因此产生炸裂的可能性越大。本次试验中原粒的含水率控制在15～18%为佳。

3、复合变速生物滤池过滤技术研究

3.1 复合变速生物滤池试验装置
3.1.1 复合变速生物滤池结构
　　本试验设备采用重庆大学城环学院研制开发的复合变速生物滤池，2002年7月开始图纸设计，设备组装，2003年4月全部安装完毕。
　　复合变速生物滤池用钢板焊接而成，整体为圆柱体，高2.05m，底面半径1.40m，设计额定流量为200m3/d。内部用一较小的圆台体把装置分为容积不等，上下面面积不等的内外两层配水系统进入，水从外层的底部，自下而上翻过隔板进入内层，在自上而下经底部的集水管流出。采用大阻力配水系统，预留气管。因隔板为圆台体，故上下底面面积不同，水的流速有所不同，内外层装载填料不一样，作用机理不一样，因而得名复合变速生物滤池。
　　复合变速生物滤池的结构图如图4所示：

　　复合变速生物滤池具有以下特点：
　　（1）复合变速生物滤池采用变过水断面的形式，有利于形成良好的过滤水力条件，防止或减少常规生物滤池普遍存在易于堵塞的问题，使工作周期延长，提高工作能力，有利于简便管理。
　　（2）复合变速生物滤池采用复合滤料，以适应净化要求和过滤水力条件的特点，上向流段采用组合填料（软性填料和半软性填料），以避免在上向水流中颗粒性填料的流失。在下向流段采用颗粒填料有利于保证出水水质。
3.1.2 复合变速生物滤池中的填料
　　本试验采用的填料为：酶促填料、软性填料和半软性填料。
　　（1）组合填料（软性填料和半软性填料）
　　组合填料采用半软性填料和软性填料按一定的比例、间距组合而成。其填料理论表面积为120m2/m3，能增加挂膜的速率和挂膜量，提高氧的利用率；有较强的二次布水、布气的能力；脱落的生物膜呈细碎状，不易发生堵塞现象；长期使用不变形、挂膜、脱膜容易。
　　（2）酶促填料
　　该填料由重庆大学城环学院自行研制和拥有专利的一种新型酶促填料。酶促填料系以黏土为骨料、粉煤灰作掺和料、煤粉为发泡剂并加入适量的微生物生长促进剂经高温烧结而成。本试验采用粒径为2～5mm均质酶促填料。
3.2 复合变速生物滤池过滤技术试验条件
3.2.1 试验现场
　　现场试验在重庆市北碚污水处理厂进行。北碚污水处理厂规模5万m3/d，采用改良型氧化沟工艺，占地面积20余亩，从2000年开始试运行，设计排放标准为一级标准。
3.2.2 原水的分析
　　试验期间污水处理厂出水指标如表3所示：

表3 北碚污水处理厂进出水水质

水质指标 进 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

　　从表3.2可以看出，污水处理厂进水BOD5、CODcr值偏低，BOD5︰N︰P＝10︰7︰1，有机物偏低，对氨氮和P的去除不利，因而效果不很理想。
3.2.3 试验出水要求
　　从2003年5月，城市杂用水开始实行新的国家标准《城市杂用水水质标准》，该标准定义城市杂用水为：用于冲厕、道路清扫、消防、城市绿化、车辆清洗、建筑施工的非饮用水。水质标准主要指标如表4。COD、总磷指标值分别引自《生活杂用水水质标准》（CJ 25.1-1989）和建设部标准《再生水回用于景观水体的水质标准》（2000年）

表4 水质标准主要指标

序号 项 目 冲 厕 道路清洗 城市绿化 车辆冲洗 建筑施工 1 PH 6.0－9.0 2 浊度≤ 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 总磷（以磷计） 人体非直接接触2.0mg/L；人体非全身性接触1.0mg/L；

3.2.4 试验流程
　　试验进水直接采用污水处理厂二沉池出水作为滤池进水，出水进入消毒池消毒后排向嘉陵江。其北碚污水处理厂工艺及试验流程如图5所示。

3.2.5 主要测试项目和方法
　　试验中的测试项目、测试方法和仪器如表5所示：

表5 测试项目及方法

项 目 测试方法或仪器 测定频率 1 水温 0－100温度计 1次/日 2 流量 转子流量计 不定时 3 SS 103－105℃烘干重量法 1次/天 4 VSS 550℃灼烧减重法x 550℃灼烧减重法 不定时 5 PH值 PH计 1次/日 6 DO 碘量法 不定时 7 COD-SCOD HACH-COD测定仪 1次/日 8 BOD5 稀释接种法 2次/周 9 NH3-N 纳氏试剂光度法 1次/日 10 NO3--N 标准法 1次/日 11 NO2--N 12 P 分光光度法 1次/天 13 浊度 HACH仪器

3.3 复合变速生物滤池的启动
　　试验在2003年5月中旬开始，水温在14～20℃之间，有利于填料挂膜，直接采用污水处理厂二沉池出水作为滤池进水，静态培养两天后，开始小流量进水，一周后，出水水质明显变好，十天后镜检，填料表面发现初态生物膜，逐步提高填料负荷，流量增加到120 m3/d后稳定运行。从试验开始，经过四周左右的连续运行，反应器各运行参数基本趋于稳定，至此，滤池启动成功。
　　第1~2日复合生物滤池对COD几乎没有净化作用，随时间的增加，COD去除率有所增加，而COD在10天以后，去除率逐渐稳定，15天后，COD去除率稳定在50％以上，结合镜检，认定滤池启动基本成功。
3.4 运行参数与控制指标
3.4.1 运行参数
　　生物滤池在不同水力负荷条件下的运行参数，可根据滤池水头损失和出水水质要求而确定。如负荷过大，则导致运行周期过短，冲洗频繁，将增加冲洗能耗，减少产水量，促使生物膜脱落加快，生物量减少，处理能力降低；运行周期过长，滤料中积留污泥过多，水头损失大大增加，且失去活性的生物膜得不到及时更新，出水水质变差。因此，适宜的运行参数对生物滤池的运行效果控制有十分重要的意义。
　　本试验中以出水水质或水头损失的大小作为判断滤池运行周期结束的标志。表6列出了工作流量、水力停留时间、平均滤速和水力负荷等工作参数。试验流量为设计额定流量的60~120%。

表6 复合变速生物滤池运行参数

工作流量(m3/d) 120 160 200 240 HRT（min） 156 117 93.6 78 水力负荷m3/ m3滤料.d） 22.02 29.36 36.69 44.03 表面负荷（m3/ m2oh） 3.3 4.3 5.4 6.5

注：滤池有效容积为12.90m3，滤料堆积容积为5.45m3：滤池净容积为7.45m3）

3.4.2 运行控制指标
　　根据污水再生利用的有关标准和复合变速生物滤池的工艺特点，提出运行控制水质指标为：COD20mg/L、BOD510mg/L、浊度5NTU和NH3-N10mg/L。
3.5试验结果与分析
3.5.1 对COD的去除效果
　　各流量水平下COD去除效果比较见图6示。

　

　　随着流量的改变，滤池对有机物的去除不同，从图6中我们可以得到在不同流量下COD的去除有以下特点：
　　(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，都能达到国家城市杂用水标准。
　　(2) 随着流量的加大，有机负荷增加，有机物的去除率呈明显的下降趋势，特别在240m3/d时，有机负荷达到极限，COD去除率有较大的下降，运行周期仅有两天。
3.5.2 对NH3-N的去除效果
　　滤池去除NH3-N的试验结果（两个周期统计汇总）如表7所示：

表7 滤池去除NH3-N的试验结果

流量200m3/d 水质指标：NH3-Nmg/L

滤层

时间

污水厂二级出水 上向流（软性填料） 上向流去除率% 下向流（酶促填料） 总去除率% 进水 40cm 80cm 40cm 80cm（出水） 120m3/d 范围 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 范围 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 范围 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 范围 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

　　从表7和图7可知，滤料在120～240 m3/d水力负荷下对氨氮的去除效果具有以下特点：
　　（1）滤池进水的氨氮变化较大，最大为16.88 mg/L，最小为1.22 mg/L，但滤池出水都能达到回用水标准10.0 mg/L；
　　（2）滤料对氨氮的去除率20.2～37.3%，下向流对氨氮的去除贡献较大，上向流对氨氮的去除规律性不强。
3.5.3 对P去除的效果
　　滤池去除P的试验结果（两个周期统计汇总）如表8所示：

表8 滤池去除P试验结果

流量120～240m3/d 水质指标：P mg/L

滤层

时间

污水厂二级出水 上向流（软性填料） 上向流去除率% 下向流（酶促填料） 总去除率% 进水 40cm 80cm 40cm 80cm（出水） 120m3/d 范围 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 范围 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 范围 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 范围 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

　　从表8可知，可以看出滤料在120～240m3/d水水力负荷下对P的去除，具有以下特点：
　　（1）滤池进水P的浓度都较高，最大为1.58mg/L，平均也达到1.0mg/L以上，且波动较大，但在运行周期内经滤池生物处理后仍可达到回用水标准；
　　（2）下向流对P的去除率与上向流对P的去除率总体上呈下降趋势
3.5.4 对BOD5的去除效果
　　在流量为200m3/d的水平下，生物滤池对BOD5的去除效果如图8和9所示：
　　从图8和9中可看出，复合变速生物滤池对BOD5的去除效果较好，出水稳定在7mg/L以下，达到了城市杂用水的要求；周期开始BOD5的去除率较大，随着时间的增加，填料逐渐堵塞，发生泄漏，出水BOD5变大，去除率减小，在整个运行周期内出水指标都能达到要求。

3.5.5 对SS和浊度的去除效果
　　在整个试验过程中，滤池对SS的去除效果良好。滤后出水浊度稳定在0.9以下，在流量为200m3/d的水平下浊度去除效果如图10所示（两个周期值平均）：

表9 生物滤池去除浊度试验结果
流量200m3/d 水质指标：浊度mg/L

滤层时间/D 上向流（软性填料） 上向流去除率% 下向流（酶促填料） 总去除率% 进水 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%

　　在整个试验过程中，出水SS几乎检测不到，证明滤池对SS的去除效果良好。滤后浊度稳定在0.9以下，在200m3/d流量水平下浊度去除效果如图10和图11所示：

　　从图10和图11可以得知，在流量为200m3/d的水平下滤池对浊度去除有以下特征：
　　(1) 滤池对浊度的去除效果很好，去除率达到80％以上，出水浊度稳定在0.9NTU以下，远远低于城市杂用水标准。
　　(2) 上向流对浊度去除效果一般，下向流对浊度去除贡献较大，可见酶促填料对SS的截留、吸附效果比较好。

4 初步结论与下阶段拟开展的工作

4.1 初步结论
　　（1）通过正交试验，获得了优化配比及烧制条件，所生产的填料具有良好的机械强度、松散容重和有效孔容性能。将总含水率控制在15～18%。烧制过程缓慢升温、快速降温，可保证填料原粒质量。
　　（2）在试验条件下，复合变速生物滤池对COD、BOD、NH3-N、P和浊度均具有良好的净化效果，出水水质达到控制指标要求；具有良好的防堵塞功能，滤池工作周期较长，降低能耗。
4.2 下阶段拟开展的工作
　　在前述研究的基础上，在下阶段拟开展的研究工作：
　　（1）扩大适应水质范围试验，为复合变速生物滤池扩大应用范围和适用条件，提供可靠依据；
　　（2）进行复合变速生物滤池去除重金属效果试验；
　　（3）进行滤池的反洗研究。