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作為生物膜法處理技術之一, 生物濾池在污水處理領域已有不少應用, 如工廠化水產養殖用到的各種生物包, 低污染源水的深度處理, 以及與其它水處理工藝的耦合等.在城市污水處理方面, 生物濾池常用于污水深度脫氮, 一般是強化硝化-反硝化, 對應的構筑物有曝氣生物濾池、反硝化濾池等.曝氣生物濾池是目前研究和應用較多的一種, 有關其凈化機制、效能評價、參數優化、技術開發等研究較多.然而持續曝氣的生物濾池不僅耗能高, 同時濾池內的好氧環境也不利于反硝化.為此, 研究者們又提出了間歇曝氣生物濾池, 通過創造濾池內的交替好氧/厭氧(或缺氧)狀態, 不僅節能, 還有利于同步脫氮除磷。
對于新啟用的生物濾池而言, 掛膜所需時間長短會影響到實際生產應用.掛膜通常是指進行微生物適應性馴化, 定向培育或富集功能微生物.由于生物濾池的構筑方式、處理對象、運行環境條件等多樣, 目前關于生物濾池的啟動時間長短報道不一.另外, 生物濾池的凈化效率不僅受控于濾料種類、填充深度、水力負荷、污染負荷、環境條件等, 還與池形(或流態)密切相關, 如硝化型曝氣濾池可設計成下行流, 通過水-氣對流增加氧氣傳質效果; 反硝化濾池可設計成折流式, 減小死水區, 增加污染物與基質的充分接觸, 延長停留時間。
生物濾池的凈化作用主要依賴于功能微生物, 后者又與上述影響因素密切相關.然而目前從微生物層面深入剖析濾池工況調整與凈化效率的量化關系及其機制的報道較少.為了探究曝氣、掛膜周期(或生物膜發育成熟度)、池形(或流態)等改變對生物濾池凈化效率的影響, 本文設計了4種不同運行工況的生物濾池, 即3組垂直流濾池(MAVF、NAVF、NVF)和一組折流式水平流濾池(BHF). 4組濾池在同一環境條件下同步處理模擬配制的生活污水, 通過各組濾池凈化效率的比較及微生物群落結構解析, 明確濾池凈化效率與上述影響因素的量化關系, 以期為實際生產應用提供理論指導.
材料與方法1.1 試驗系統設計與構建試驗構建的4組生物濾池框架均為有機玻璃, 其中3組垂直流濾池規格一致, 即L×W×H為48 cm×48 cm×60 cm, 水平流濾池為100 cm×48 cm×48 cm, 水平流濾池內還設置了9個等間距平行交錯的折流板(39 cm×0.9 cm×48 cm). 4組濾池內均填充孔徑3~5 mm、孔隙率為0.433的多孔陶粒; 垂直流、水平流濾池填充深度分別為38、34 cm.曝氣濾池安裝了曝氣系統, 具體在曝氣濾池底部鋪設PVC布氣管, 布氣管直徑20 mm, 表面鉆有間距5~8 mm、大小5~6 mm的出氣孔; 布氣管內穿插納米微孔曝氣管(內徑×外徑=10 mm×15 mm), 后者通過聚乙烯軟管(內徑×外徑=10 mm×13 mm)與旋渦風機相連(風量：60 m3·h-1; *大風壓：10 kPa; 品牌：亞士霸; 型號：HG-250;產地：浙江臺州).運行時, 污水經水泵抽提后通過垂直流濾池表面的布水管流入濾池內, 其中MAVF濾池出水流入BHF濾池, 而NAVF和NVF濾池出水直接外排.各組濾池底部或末端裝有出水閥, 用于調控濾池排水。