滤层厚度对慢滤池深度处理污水的性能影响

1、酉相生等：滤层片度对慢滤池深度处理污水的性能彤响567滤层厚度对慢滤池深度处理污水的性能影响曹相生】，刘杰】，孟雪征：曲庆国21.北京I业大学建匚学院，北京100124 ： 2.枣庄市市政I II管理处，山东枣庄277100摘要：将慢滤池用于污水二级出水的深度处理.并利用小试装程研究了滤层厚度对慢滤池性能的影响 选取浊度、COD和 色度- 标.在滤层不同深度处多次取样，分析各指标沿滤层厚度的变化 结果表明，采用粒径为040.6mm,滤层厚 度为800 mm的石英砂做濾床时.慢滤池对二级出水具冇较好的净化效果：、幷进水浊度、COD和色度分别为1.36.9NTU、 30.4 - 70 0 mg-L

2、'1和20 6° 57.6。时.平均去除率分别达到86.5%、45.0%和46.3% 从试验结果町以看出.慢滤池类似一个 微缩的污水二级处理系统.滤层农面的粘性滤膜起到类似初沉池的作用可以对乞指标实现较好的去除.58.6%的浊度32.7% 的COD和45.7%的色度是在滤层上部去除的；慢滤池中部起到类似曝气池的作用.下部起到类似二沉池的作用.对水质指 标也能实现一定的去除.关键词：过滤；污水深度处理；生物膜；滤层耳度；慢滤池中图分类号：X701.3文献标识码：A文章编号：1674-5906 ( 2010 ) 03-0566-04酉相生等：滤层片度对慢滤池深度处理污水的性能彤响

3、567酉相生等：滤层片度对慢滤池深度处理污水的性能彤响567作为一种传统的水处理艺慢滤池在给水处 理中曾经占存很鱼要的地位°但由于其固有的产水 量低，占地而积大的缺点.后来逐渐被快滤池所取 代，近年来.随希饮用水水质标准的提高，由于能 够保证良好的出水水质.慢滤在给水领域巫新得到 重视。目前，英国泰晤上水务罔込仃十匕套慢滤 装置，总处理能力约250xl04m3 d21o事实上，慢滤也一直被用于污水深度处理领域 卩句。口 2007年起，本课题组建立了一套慢滤实验 装置.对慢滤处理污水二级出水的性能展开了系统 研究。慢滤池成熟后，会在滤料顶部长出一层右粘 性的滤膜(schinutzdec

4、ke )。该滤膜対慢滤池的性能 有较大影响.是慢滤池去除COD和浊度等物质的 主要场所-当然，滤层下部也会起到一定的作用- 国内外対慢滤滤层厚度的研究报道较少，不仅绝大 多数限于给水处理范围.而II较少研究滤层厚度对 水质的影响-如Graham等人将慢滤池用于给水 处理中并研究了滤层厚度对出水水质的影响。他们 采用合成纤维作为滤料.分别対50、30和20 cm 耳个滤层谆度展开试验 结果肚示，降低滤层厚度, 出水水质会变差。但足20 cm的慢滤池仍可以满足 WHO所规定的大部分出水指标要求。Elhs等人 对于滤层库度与滤料中的微生物的关系做过研究. 指出当滤层深度大于400 mm时，滤料中的细

5、菌数 fit会明显降低Dibeniardo L等人对于藻类在滤 层厚度的变化试验后指出藻类在滤层顶部的粘性 滤膜(schniutzdecke )内数虽最多.hi(E滤层厚度 为40 cm处数帚最小。考虑到慢滤池用于饮用水处理和污水深度处理 时的处理对象有显著差异,因此滤层厚度所表现出 的性能也会有所不同为此对污水深度处理中的 慢滤池滤层厚度対水质的影响进行了研究。1试验装置与方法1.1试验装置整个研究利用一套小试装置进行。该小试装置 放在北京丁业大学水质科学与水环境恢复丁程北 京市甫点实验家。采用1个内径为90 mm的有机玻 璃柱作为慢滤池的试验柱，柱高250cm,柱内滤料 为石英砂。石英砂粒

6、径在04 0.6 min之间，厚800 mm 承托层丿恬300 mm. Hl 1 30 nim的砾石组成 旨先利用一个SBR反应器对来口北京业大学西 区家属院的住活污水进行二级处理 通过调整SBR 反应器的运行参数使氏出水适合慢滤池进水的要 求。慢滤池试验滤柱的具体尺寸见图1。1.2试验和分析方法基金项目：国家自然科学星金项11(50808002)；北京科技新星i|划(2OO8B11)作者简介：曹相生( 1973年生).副教授.博士.主要从事污水处理及回用研究 Ecn通讯作音收稿日期：2010-01-04慢滤池启动后.将氏滤速控制在0.1 mh1-每 夭测

7、定慢滤池进出水的浊度、COD和色度等指标。 待其稳怎运行后沿着滤层不同深度取样，貝体取 样位进见图10取样后立即对浊度、色度和COD三 个指标进行分析化验 其中COD采用分光光度法. 所用仪器为连华5B-3(B)型COD多元快速测仪， COD分析方法按照仪器说明书进行；氏他所用分析 方法均参照文献。其中色度采用分光光度法.波 氏选为350 nm：浊度采用SZD-1型散射光浊度仪8 "co:8慢0SI00I 003 廉图1慢滤池试酸滤柱示意图(单位：mm)Fig 1 Profile of the slow sand filter (unit mm)试验期间进水水温在17-20 C之间。

8、沿柠滤层深度取样的试验共进行了 7次。以下 图中给出的数据是7次试验的平均值和标准差 2结果与讨论 2.1试验结果试验期间.慢滤池进出水水质悄况见表1。表1说明，慢滤池对浊度、COD和色度均具 冇良好的去除效能 慢滤出水的浊度可以保证在II： 常低的水平，已高于我国现行的饮用水水质标准 (GB 5749-2006 )。虽然进水COD较低.但慢滤依 然对COD仍冇45.0%的去除效率，出水COD平均 为29.7 mg-L-1.也处于非常低的水平。另外，慢滤 对色度也表现出较好的去除率。对比慢滤池三个指 标的进出水幅度，可以明显看到.三个指标出水辎 度远低于进水幅度这说明J'慢滤池良好的抗

9、冲击 负荷能力。统计项H浊度/NTUCODXmgL*1)色度Q进水幅度l 37 930470020.457.6进水半均值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慢谑池的处理效果Table 1 Perfonnances of the slow sand filter浊度、COD和色度沿滤层烽度的变化情况分别 见图2 4。其中图2 4中滤层深度0 cm表示慢滤 池进水，110 cm处衣示慢滤池出水，由图2町知，慢滤池进水浊度7次取样的平均 值为1.8 NTU经过18 cm滤层厚度降为0.9

10、NTU, 本段平均去除率为46.8%,之后经过38 cm的滤层 厚度，浊度降为0 8 NTU累计去除率为55.7%- 然厉又经过底端的68 cm滤层和谆度为30 cm的承 托层出水后.浊度降为0.3 NTU.累计去除率为 80 0%，T -/.0$.e42.086L2niN/里多兴*冬=*室多908070350403020100204060 80100120油 J2 i：X Jft /cm图2浊度沿滤层厚度的变化 Fig 2 Turbidity changes along the filter depth20406080 1X 120滤层深茂5图3 COD沿滤层厚度的变化Fig 3 COD c

11、hanges alone the filter depth-A-COO tf-B-CODiRitiliS：*冬弄g岂±找§ S040W2010- a22201816u1250405020102040608C1X 120波层深度5图4色度沿滤展厚度的变化Fig 4 Color changes along the filter depth由图3町以看到慢滤池进水COD 7次取样的 平均值为45.0 mg lA,经过18 cm滤层乎度、下降 为33.8 mg L1,本段平均去除率为24.3%。然厉通 过38 cm的滤层焊度.COD降为29.9 mg-L'1累计 去除率为3

12、3.2%°赧后乂经过底端的68 cm滤层和 厚度为30 cm的承托层，出水中的COD降到23.9 mg-L1,累计去除率为463%。由图4可知，慢滤池进水色度的平均值为 568生态环境学报第19卷第3期(2010年3月)2L3。，在通过18 cm滤层厚度后.降为17.7%本 段平均去除率为16-3%。之厉经过38 cm的滤层厚 度.色度降为17.3。.累计去除率为18.1%。呆后又 经过底端的68 cm滤层和厚度为30 cm的承托层出 水后，色度降为13-7。，累计去除率为351%。2.2讨论由图24可以明显看出,慢滤池上部18 cm 的滤层厚度对浊度、COD以及色度的去除起到了关

13、键性作用,58.6%的浊度、52.7%的COD和45.7% 的色度是在此部分去除的臥然这应归功于滤层顶 部的粘性滤膜(sclimutzdecke )。慢滤池成熟厉，滤料顶部会门然形成一层粘性 滤膜。在我们的试验中，可以明显看到滤料顶部有 厚度约10 nim的黄褐色粘性物质 由丁慢滤池进水 为污水二级处理厉的出水.因此在粘性滤膜中.述 长有一些絮状的活性污泥。浊度主要反映水中粒径在胶体范围内的颗粒 性物质的多少。滤层顶部的粘性滤膜显然起到了 类似于机械搅拌澄清池内悬浮泥渣层的作用.将 水中胶体颗粒很好地截阳下來.从而使水浊度大 輛降低在滤层中部，浊度下降缓慢具至还有所上升, 有文献认为.在慢滤池

14、滤层0.3 m深处存在一个异 养细函区.冇机物在这里被分解吸收并被合成为细 胞物质 在给水处理中.形成浊度的主要是无机 砂粒和少量有机物颗粒物质而在污水二级出水 中.浊度儿乎都是山冇机颗粒构成。由于异养菌的 作用，有机颗粒町能会被水解为更小的颗粒另外, 溶解性右机物被利用肩也会合成一些新的细菌而 这吐细菌的大小正好在胶体范围内.从而构成新的 浊质粒子因此从浊度指标来看.溶解性和颗粒性 右机物的分解不会使浊质粒子大幅度减少，故此表 现出在慢滤池滤层中部几乎没冇发牛浊度的去除，在滤层下部及承托层内.慢滤池的牛物作用逐 渐降低，而物化过滤功能得到加强。这应是浊度能 够进一步降低的原因。COD可以分为

15、颗粒性COD( PCOD )和溶解性 COD ( SCOD )两类。在慢滤池上部.粘性滤膜对 PCOD有良好的截闕作用.这从粘性滤膜对浊度的 良好去除能力町以看出。另外.粘性滤膜主要山细 菌和藻类组成-慢滤池的低滤速町以保证粘性滤膜 与水中SCOD有足够的接触时间。这样粘性滤膜中 的细菌、藻类等微牛物町以很好地发挥牛物氧化作 用，将SCOD去除 止是粘性滤膜对PCOD和SCOD 的作用使得COD在慢滤池滤层上部得到明显去除。在滤层中部.COD的去除昴较少.这应该是滤 层中部异养细啣区作用的结果。二级出水经过慢滤 池滤层农南的粘性滤膜后，浊度降为0.9 NTU 故 此可以推断污水中的有机物主要为

16、SCOD,异屛区 内的细茵利用这些SCOD后虽然町以将SCOD去 除，但由于口身增值会形成新的细菌，而细菌也是 COD的组成部分。由图2可以看到,滤层中部对浊 度的去除虽很少.这说明滤层中部的物化过滤能力 较差.因此新形成的细菌不会被滤床很好地截阳, 而是随着水流方向流向滤层深部。故此在慢滤池中 部,主要发生了 SCOD向PCOD的转化，但总的 COD变化不大.因此表现出COD在滤层中部的去 除变缓。在滤层下部.COD的去除量较滤层中部增多° 由图2町以看出.滤层卜部对浊度的去除能力乂得 到加强 因此，下部滤层对PCOD应右卫好的去除 效果另外.下部滤层内应冇少杲的牛-物作用厲如 使

17、得SCOD和PCOD进一步去除，从而 在加观上表现出COD又右了较大幅度的降低°色度可以山溶解性物质引起.也可由胶体及悬 浮物质引起。前者称之为“真色”。由图2和图3可 他，粘性滤膜対胶体类颗粒和溶解性物质均有良好 的截胡去除作用.故此.慢滤池上部能够实现色度 相对校多地去除。在滤层中部,色度并没有出现较大的变化。由 上述刈COD的分析可知，随打溶解性冇机物在滤 层中部得到大呆去除.真色值会卜降 但同时由于 产生了细菌等胶体颗粒，使得色度又会上升。二者 的综合结果彊终导致了色度没能在滤层中部得到 大幅度去除。庄滤层下部.色度又出现了进一步的降低-，显 然，这是滤层物化过滤功能去除了水

18、屮能引起色度 的胶体类物质的缘故.从不同滤层深度对浊度、COD和色度的去除來 看。三个指标表现出了一致性"沿农滤层深度的増 加方向(水流方向)慢滤池类似一个微缩的污水 二级处理系统。慢滤池上部类似初沉池，中部类似 曝代池，下部类似二沉池。正是这么一个微缩的二 级处理系统.对污水的二级出水起到进一步净化的 作用，3结论(1 )慢滤池对污水二级处理出水有良好的净化 效果。将滤速控制为0.1 mh 】,当进水浊度、COD、 色度分别在 1.3 6.9 NTU、30.4 - 70.0 mg L1, 20 6° 57.6。范制时慢滤池对这三个指标的平均去 除率分别达到86.5%、45

19、.0%和46.3%。(2 )慢滤池类似一个微缩的污水二级处理系 统，煜滤池上部(粘性滤膜)起到类似初沉池的作 用，中部起到类似曝Y池的作用.卜部起到类似二 沉池的作用。慢滤池滤层表I衍的粘性滤膜 (schnnitzdecke )対去除COD,浊度利色度起到了 关键作用 粘性滤膜承担f 52.7%的COD、58 6% 的浊度和45.7%的色度去除任务。(3)综合考虑COD、浊度和色度三个指标，选 择粒径范围0 4 0 6 mm.厚800 mm的石英砂作为 污水深度处理中的慢滤池滤床是合适的。参考文献：1 DOREA C C, CLARKE B A. Chemically enhanced gra

20、vel pre-filtration for slow sand filters: advantages and pitfall$J Water Science and Technology: Water Supply. 2006. 6(1): 121-12&2 AWWrV ASCE Water Treatment Plant DesignM 4th edition Texas: McGRAW-HILL, 2005.3 EASE N KINOSHITA S. KOJINIA M. et al Role of algal gro駅!h and photosynthesis m slow

21、sand filters as an advanced wastewater treatment(C) 7GIMBEL R. NIGEL、GRAHAM J D、et al Recent progress in slow sand and altematn-e biofitration processes London IXKA Publishing, 2006: 60-674 NAKHLA G FAROOQ S. Simultaneous mtnfication-demtnfication ui slow sand filters J Joximal of Hazardous Matenals

22、. 2003, B96:291-303.5 MALZER H J. GIMBEL R Protection layers for the extension of slow sand filter running times m wastewater reuseJ. Kater Science and Technology- Water Supply. 2006.6(1): 105-1116 GW1AM N J D. CLARKE B A. JONES C J. et aL Effect of reduced depth, fabnc-protected slow sand filters o

23、n treated water quahtyC.7 GRAHAM N. COLLINS R Advances m slow sand and altemaux-e biological filtration London HKA Publishing, 1996 233-2437 ELLIS K V. AYDIN M E Penetration of solids and biological activity mto slow sand filter$J. Water Research. 1995. 29: 1333-1341.8 DIBERNARDO L, ALCOCER CARRASCO

24、 N E Enable versus ccnstant supernatant water layer m slow sand filtrationC GRAHAM N COLUNS R. Advances m slow sand and alternative biological filtration London IWA Publishing. 1996.9 国家环境保护总局.水和废水监测分析方法M第四版.北京：中忸环境科学出版社.2002.Environmental Protection Bureau of China Momtoring and Analysis of ater an

25、d Wastewater f. 4th edition. Bey mg. China: Enn- ron-mental Science Press. 2002.10 许保玫.给水处理理论MJ.北京：中国建纵1：业出版II,2000.XU Baojiu Theory of Water TreatmentfM Beijing China Architecture Industn* Press、2000.568生态环境学报第19卷第3期(2010年3月)568生态环境学报第19卷第3期(2010年3月)Experimental study of the filter bed depth on per

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