農(nóng)村生活污水處理的脈沖生物濾池工藝改良與調(diào)試

劉世杰，趙凱杰，李宏辭

(東南大學(xué)能源與環(huán)境學(xué)院，江蘇南京 210018)

農(nóng)村生活污水治理是實(shí)施鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略的重要內(nèi)容。脈沖生物濾池工藝因?yàn)槠湔嫉孛娣e小、運(yùn)維成本低、操作簡(jiǎn)潔等優(yōu)點(diǎn)，在江蘇省農(nóng)村污水治理中被廣泛采用[1-3]，但是處理效果不穩(wěn)定。為此調(diào)研了南京市高淳區(qū)采用該工藝的475個(gè)農(nóng)村污水處理站點(diǎn)，發(fā)現(xiàn)常見(jiàn)的問(wèn)題是脈沖生物濾池頂部的脈沖水箱損壞，導(dǎo)致運(yùn)行過(guò)程中水力負(fù)荷高，出水不能穩(wěn)定達(dá)標(biāo)。

過(guò)去10年國(guó)內(nèi)外多個(gè)學(xué)者對(duì)生物濾池進(jìn)行優(yōu)化研究[4-8]，如田昕茹等[9]通過(guò)三級(jí)串聯(lián)分層生物濾池降解模擬生活污水，有機(jī)負(fù)荷為0.328～0.392 kg/(m3·d)，組合工藝處理效果最佳；金秋等[1]通過(guò)將脈沖滴濾池分為兩層從而提高組合工藝處理效率；張文寧[10]研究發(fā)現(xiàn)，使用浮石填料的生物滴濾池在水力負(fù)荷為0.85 m3/(m2·d)時(shí)，對(duì)化學(xué)需氧量(COD)、氨氮、總氮(TN)和總磷(TP)去除率分別能達(dá)到83.04%、79.68%、45.6%和38.4%；Vianna等[11]用絲瓜果皮做脈沖生物濾池填料，發(fā)現(xiàn)比傳統(tǒng)的填料上生物膜更加豐富，處理效率更高；張國(guó)珍等[12]利用一體化ABR-生物滴濾池，在濾池前通過(guò)ABR反應(yīng)器削減負(fù)荷，研究表明水力負(fù)荷為1.75 m3/(m2·d)時(shí)，對(duì)各種污染物去除效果最好；Diez-montero等[13]對(duì)生物濾池工藝進(jìn)行改造，在其前增加了厭氧和缺氧反應(yīng)器，有效降低系統(tǒng)出水TN濃度；也有學(xué)者[14]研究了使用生物炭屑兩相生物滴濾塔處理高氮磷廢水，TP去除率達(dá)到68%。

上述改進(jìn)都取得了一定效果，由此可見(jiàn)，水力負(fù)荷是生物濾池的重要運(yùn)行參數(shù)。為此，本研究提出取消脈沖水箱，并采用時(shí)間控制開(kāi)關(guān)和流量控制模塊聯(lián)合控制水力負(fù)荷的改良型生物濾池的方案，依托高淳區(qū)某自然村村站點(diǎn)進(jìn)行改良和現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試對(duì)比研究。該村站點(diǎn)建成于2015年，設(shè)計(jì)處理水量為20 m3/d。

1 試驗(yàn)材料與方法

1.1 試驗(yàn)裝置

圖1為站點(diǎn)原(未改良)脈沖生物濾池與改良型生物濾池示意圖。脈沖水箱的蓄水和集中布水使原脈沖生物濾池水力負(fù)荷達(dá)到13.5 m3/(m2·d)。現(xiàn)將原生物濾池頂端的脈沖水箱拆除，使生物濾池進(jìn)水直接通過(guò)穿孔布水管向填料表面均勻布水，有效緩解水力沖擊負(fù)荷，脈沖水箱如圖2所示。

圖1 (a)原脈沖生物濾池與(b)改良型生物濾池示意圖Fig.1 Schematic Diagram of (a) Original Pulsed Biofilter and (b) Improved Biofilter

圖2 脈沖水箱Fig.2 Pulsed Water Tank

圖3～圖4為改良型生物濾池及配件的實(shí)物圖。該濾池中填料實(shí)際有效面積為6.43 m2，高度為2 m，填料體積為10.86 m3。實(shí)際環(huán)境下該處理站點(diǎn)可調(diào)控的措施有限。安裝組合泄水開(kāi)關(guān)(流量控制模塊)，如圖3所示，通過(guò)調(diào)節(jié)該開(kāi)關(guān)，控制濾池進(jìn)水流量，從而降低水力負(fù)荷。采用時(shí)間控制開(kāi)關(guān)控制水泵提水頻率代替脈沖水箱,來(lái)調(diào)整濾池布水周期，分別對(duì)時(shí)間控制開(kāi)關(guān)設(shè)置8、12、16 h和20 h工作模式，進(jìn)而對(duì)生物濾池均時(shí)均勻地布水，時(shí)間控制開(kāi)關(guān)如圖4所示。

圖3 組合泄水開(kāi)關(guān)Fig.3 Combined Drain Valve

圖4 時(shí)間控制開(kāi)關(guān)Fig.4 Time Control Switch

1.2 試驗(yàn)分析方法

時(shí)間控制開(kāi)關(guān)設(shè)置8、12、16、20 h工作模式的具體操作說(shuō)明如表1所示。

表1 時(shí)間控制開(kāi)關(guān)各種時(shí)間控制模式的操作說(shuō)明及對(duì)應(yīng)的流量和水力負(fù)荷Tab.1 Operation Instructions of Various Time Control Modes of Time Control Switch and Corresponding Flow and Hydraulic Load

調(diào)試試驗(yàn)在運(yùn)行穩(wěn)定期間進(jìn)行，改良型生物濾池出水回流比為1∶1。試驗(yàn)基本環(huán)境：進(jìn)水pH值為6.5～7.7，出水pH值為6.1～7.1，試驗(yàn)水溫為27～32 ℃。用溶解氧(DO)儀測(cè)出不同工作模式下濾池DO進(jìn)出水濃度。

試驗(yàn)過(guò)程中水力負(fù)荷通過(guò)改變組合泄水開(kāi)關(guān)大小，調(diào)節(jié)濾池進(jìn)水流量來(lái)控制，水力負(fù)荷的計(jì)算如式(1)。

(1)

其中：S水——濾池水力負(fù)荷，m3/(m2·d)；

Q——濾池進(jìn)水流量，m3/d；

A——改良型生物濾池填料有效面積，m2；

不同的濾池進(jìn)水流量對(duì)應(yīng)不同水力負(fù)荷。容積負(fù)荷通過(guò)控制一定濾池水力負(fù)荷，同時(shí)根據(jù)實(shí)際過(guò)程中改良型生物濾池進(jìn)水污染物濃度，容積負(fù)荷的計(jì)算如式(2)。

(2)

其中：S容——濾池容積負(fù)荷，kg/(m3·d)；

V——濾池填料體積，m3；

C0——濾池進(jìn)水污染物質(zhì)量濃度，mg/L；

H——濾池填料高度，m。

通過(guò)多次取樣檢測(cè)，收集足量濾池進(jìn)水污染物濃度數(shù)據(jù)，進(jìn)而獲得多組實(shí)際情況下的容積負(fù)荷，分析4種模式下污染物負(fù)荷與相應(yīng)污染物去除率的關(guān)系。

1.3 試驗(yàn)設(shè)備

時(shí)間控制開(kāi)關(guān)：型號(hào)為XT不銹鋼箱380 V+空氣開(kāi)關(guān)。電磁流量計(jì)：型號(hào)為BLDLD-DN40，電壓為220V，額定壓力為1.6 MPa。組合泄水開(kāi)關(guān)：兩個(gè)DN100球閥開(kāi)關(guān)和1個(gè)DN100管段組合而成。

1.4 試驗(yàn)儀器及測(cè)量方法

試驗(yàn)檢測(cè)的指標(biāo)和方法如表2所示。

表2 試驗(yàn)檢測(cè)項(xiàng)目及檢測(cè)方法Tab.2 Experimental Detection Indices and Detection Methods

2 結(jié)果與討論

試驗(yàn)于2020年7月7日—2020年11月15日在某農(nóng)村污水處理站進(jìn)行，用電磁流量計(jì)測(cè)出改良型生物濾池實(shí)際平均處理量為12 m3/d。統(tǒng)計(jì)2020年5月1日以前的原脈沖生物濾池CODCr、氨氮、TN和TP進(jìn)水濃度及其對(duì)各污染物的平均去除率，結(jié)果如表3所示。可見(jiàn)水質(zhì)波動(dòng)范圍較大，原脈沖生物濾池對(duì)各污染物去除率低。

表3 原脈沖生物濾池進(jìn)水濃度及對(duì)各污染物的平均去除率Tab.3 Concentration of Influent and Average Removal Rate of Pollutants in Original Pulsed Biofilter

圖5 不同時(shí)間控制模式下濾池出水DO濃度變化Fig.5 Changes of DO Concentration in Effluent of Filter under Different Time Control Modes

2.1 改良型生物濾池不同工作模式下的出水DO濃度變化情況

圖5為4種工作模式下的濾池出水DO濃度變化試驗(yàn)結(jié)果。測(cè)量DO濃度的時(shí)間為8月1日—9月29日，改良型生物濾池進(jìn)水DO質(zhì)量濃度為0.8～1.4 mg/L，氣溫穩(wěn)定在29～31 ℃，pH值在6.5～7.0。8 h工作模式出水DO最高質(zhì)量濃度為5.1 mg/L，最低質(zhì)量濃度為4.3 mg/L，平均質(zhì)量濃度為4.7 mg/L；12 h工作模式出水DO最高質(zhì)量濃度為6.3 mg/L，最低為5.0 mg/L，平均質(zhì)量濃度為5.5 mg/L；16 h工作模式出水DO最高質(zhì)量濃度為4.4 mg/L，最低為3.1 mg/L，平均質(zhì)量濃度為3.8 mg/L；20 h工作模式出水DO最高質(zhì)量濃度為3.8 mg/L，最低質(zhì)量濃度為2.8 mg/L，平均質(zhì)量濃度為3.1 mg/L。從濾池出水DO平均濃度可以看出，12 h工作模式下改良型生物濾池復(fù)氧能力更強(qiáng)。12 h和8 h兩種工作模式下DO平均濃度差距不大，16 h和20 h兩種工作模式DO平均濃度與12 h模式下的DO濃度差距較大，說(shuō)明在實(shí)際控制中，運(yùn)用時(shí)間控制開(kāi)關(guān)調(diào)節(jié)生物濾池復(fù)氧存在時(shí)間分區(qū)界限，即濾池在8 h和12 h工作模式下間歇運(yùn)行能更有效地恢復(fù)DO。白永剛[15]通過(guò)延長(zhǎng)濾池布水周期發(fā)現(xiàn)氨氮去除率提高了30%，可以看成是一種變相時(shí)間控制。試驗(yàn)時(shí)氣溫較高，8 h工作模式停止運(yùn)行時(shí)長(zhǎng)為16 h，12 h工作模式停止運(yùn)行時(shí)長(zhǎng)為12 h，兩種工作模式下濾池停止運(yùn)行時(shí)間較長(zhǎng)，待濾池下次開(kāi)始運(yùn)行工作時(shí)，濾池內(nèi)殘留在填料上的水分蒸發(fā)需要吸收周圍熱量，導(dǎo)致濾池內(nèi)填料間的溫度降低，濾池內(nèi)外溫差變大。溫差會(huì)引起空氣流動(dòng)，充足的停止運(yùn)行時(shí)長(zhǎng)能恢復(fù)填料上生物膜的DO量更多，因此，能在滿足降解有機(jī)物的同時(shí)，提高氨氮去除率。而16 h和20 h工作模式下工作時(shí)間較長(zhǎng)，污水流動(dòng)過(guò)程中濾池外的氧氣難以接觸到填料上生物膜表面，復(fù)氧效果欠缺，待下次污水流經(jīng)填料表面，DO含量不能滿足有機(jī)物氧化和氨氮氧化的需要，污染物去除率下降。

在實(shí)際應(yīng)用中，通過(guò)時(shí)間控制開(kāi)關(guān)工作模式，合理控制水力停留時(shí)間(HRT)，在降低水力負(fù)荷的同時(shí)優(yōu)化濾池復(fù)氧機(jī)制，增強(qiáng)濾池DO恢復(fù)能力，平衡了HRT因素與復(fù)氧能力因素，進(jìn)而提高改良型生物濾池內(nèi)DO濃度。

2.2 改良型生物濾池容積負(fù)荷與污染物去除率之間的關(guān)系

2.2.1 濾池進(jìn)水CODCr容積負(fù)荷與CODCr去除率

圖6為改良型生物濾池在時(shí)間控制開(kāi)關(guān)下的8、12、16 h和20 h工作模式時(shí)CODCr容積負(fù)荷與CODCr去除率之間變化規(guī)律試驗(yàn)結(jié)果。CODCr去除率呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢(shì)。4種工作模式下容積負(fù)荷從0.10 kg/(m3·d)增長(zhǎng)到0.35 kg/(m3·d)時(shí)，CODCr去除率隨著容積負(fù)荷的增大而增大，從28.0%～38.5%提高到48.1%～63.0%，說(shuō)明該階段可能異養(yǎng)菌工作能力未達(dá)到飽和[16]，時(shí)間控制模式下DO供應(yīng)比較充足，限制反應(yīng)速率的主要因素是CODCr濃度。當(dāng)CODCr容積負(fù)荷從0.35 kg/(m3·d)增長(zhǎng)到0.75 kg/(m3·d)時(shí)，有機(jī)污染物未被填料上的微生物充分降解就從濾池流出，CODCr去除率呈現(xiàn)下降趨勢(shì),去除率從48.1%～63.0%降低到25.2%～40.0%。12 h工作模式下進(jìn)水CODCr容積負(fù)荷在0.3～0.5 kg/(m3·d)時(shí)，可保證CODCr去除率在57.3%以上，比原脈沖生物濾池平均去除率高23.8%以上。

圖6 不同時(shí)間控制模式下濾池進(jìn)水CODCr容積負(fù)荷與CODCr去除率的關(guān)系Fig.6 Relationship between Influent CODCr Volumetric Load and CODCr Removal Rate under Different Time Control Modes

8 h和12 h工作模式下的CODCr平均去除率高于16 h和20 h，試驗(yàn)過(guò)程中測(cè)出8、12、16 h和20 h工作模式下濾池出水DO平均質(zhì)量濃度分別約為4.7、5.5、3.8 mg/L和3.1 mg/L，8 h與12 h工作模式下恢復(fù)的DO較16 h和20 h工作模式更多，說(shuō)明可能是異養(yǎng)菌在更充足的DO條件下降解有機(jī)物反應(yīng)更加高效。

2.2.2 濾池進(jìn)水CODCr容積負(fù)荷與氨氮去除率

圖7為改良型生物濾池在時(shí)間控制開(kāi)關(guān)下的8、12、16 h和20 h工作模式時(shí)CODCr容積負(fù)荷與氨氮去除率之間的變化規(guī)律試驗(yàn)結(jié)果，氨氮去除率呈現(xiàn)下降的趨勢(shì)。4種工作模式下氨氮去除率隨著CODCr容積負(fù)荷的增大而減小，其中8 h和12 h工作模式，在CODCr容積負(fù)荷為0.05～0.60 kg/(m3·d)時(shí)，氨氮去除率分別從79.6%和87.4%降低到27.4%和27.6%。此時(shí)隨著CODCr濃度的增大，硝化細(xì)菌繁殖受到抑制，有利于異養(yǎng)菌的生長(zhǎng)[17]，DO急劇消耗，導(dǎo)致氨氮去除率快速下降。段化杰等[18]通過(guò)實(shí)際試驗(yàn)沿程測(cè)量和Matlab軟件模擬也發(fā)現(xiàn)氨氮去除率和有機(jī)負(fù)荷呈現(xiàn)負(fù)相關(guān)的趨勢(shì)。16 h和20 h工作模式下的氨氮下降速率較上兩組緩慢，表明DO不足時(shí)，異養(yǎng)菌不會(huì)快速大量繁殖，異養(yǎng)菌與硝化細(xì)菌DO競(jìng)爭(zhēng)程度較前兩組弱，所以隨著CODCr負(fù)荷增大對(duì)氨氮去除率的波動(dòng)影響較小。

圖7 不同時(shí)間控制模式下濾池進(jìn)水CODCr容積負(fù)荷與氨氮去除率的關(guān)系Fig.7 Relationship between CODCr Volumetric Load and Ammonia Nitrogen Removal Rate under Different Time Control Modes

總體上，在CODCr容積負(fù)荷變動(dòng)時(shí)，8 h和12 h兩種工作模式比16 h和20 h兩種工作模式的氨氮去除率整體高30%左右。4條去除率曲線下降較快，說(shuō)明改良型生物濾池處理能力較不穩(wěn)定，需要控制進(jìn)水氨氮濃度盡可能地低，如在12 h工作模式下控制CODCr容積負(fù)荷小于0.25 kg/(m3·d)，可保證氨氮去除率在60%以上。

2.2.3 濾池進(jìn)水氨氮容積負(fù)荷與氨氮去除率的關(guān)系

圖8為改良型生物濾池在時(shí)間控制開(kāi)關(guān)下的8、12、16 h和20 h工作模式時(shí)氨氮容積負(fù)荷與去除率之間的變化規(guī)律試驗(yàn)結(jié)果。當(dāng)氨氮容積負(fù)荷為0.010～0.075 kg/(m3·d)時(shí)，8 h和12 h工作模式下氨氮去除率在43.3%～87.4%。低氨氮容積負(fù)荷伴隨著低CODCr容積負(fù)荷，且試驗(yàn)測(cè)得此兩種工作模式DO平均質(zhì)量濃度分別為4.7 mg/L和5.5 mg/L，DO濃度較為充足，能在滿足異養(yǎng)菌降解有機(jī)物的同時(shí)滿足硝化細(xì)菌降解氨氮。當(dāng)氨氮負(fù)荷從0.075 kg/(m3·d)增大到0.200 kg/(m3·d)左右時(shí)，兩種工作模式的氨氮去除率降低到13%～25%，此時(shí)較高氨氮容積負(fù)荷因HRT不足致使部分氨氮未被消耗就流出，造成濾池出水氨氮濃度高。16 h和20 h工作模式也表現(xiàn)出相似的變化規(guī)律，但是去除率整體較8 h與12 h工作模式低20%～30%。12 h工作模式屬于一種間歇進(jìn)水模式，有助于濾池內(nèi)的空氣流動(dòng)，強(qiáng)化復(fù)氧，這與張毅[19]研究相一致。12 h工作模式下進(jìn)水氨氮容積負(fù)荷在0.05 kg/(m3·d)以內(nèi)，可保證氨氮去除率在65%以上，比原脈沖生物濾池平均去除率高36.5%以上。

圖8 不同時(shí)間控制模式下濾池進(jìn)水氨氮容積負(fù)荷與氨氮去除率的關(guān)系Fig.8 Relationship between Ammonia Nitrogen Volumetric Load and Ammonia Nitrogen Removal Rate under Different Time Control Modes

在實(shí)際應(yīng)用中，本改良型生物濾池進(jìn)水氨氮濃度偏高，可在12 h工作模式下增加回流到缺氧池后端的回流量，進(jìn)而降低改良型生物濾池進(jìn)水的氨氮濃度，限制氨氮容積負(fù)荷小于0.05 kg/(m3·d)，使氨氮去除率保持在65%以上。

2.2.4 濾池進(jìn)水TN容積負(fù)荷與TN去除率的關(guān)系

圖9為改良型生物濾池在時(shí)間控制開(kāi)關(guān)下的8、12、16 h和20 h工作模式時(shí)TN容積負(fù)荷與去除率之間的變化規(guī)律試驗(yàn)結(jié)果，4種工作模式下的TN去除率呈現(xiàn)逐步下降的規(guī)律。當(dāng)TN容積負(fù)荷從0.01 kg/(m3·d)提高到0.18 kg/(m3·d)時(shí)，8、12、16 h和20 h 4種工作模式下TN去除率分別在3.3%～16.3%、6.7%～20.9%、12.5%～33.0%、8.1%～28.4%，數(shù)值逐漸下降。4種工作模式在TN容積負(fù)荷變化的過(guò)程中TN去除率比較為16 h≈20 h>12 h>8 h，其中16 h工作模式下對(duì)TN的整體去除率最高，最高為33.0%。而濾池填料上生物膜由內(nèi)到外為厭氧區(qū)、缺氧區(qū)、好氧區(qū)，16 h和20 h工作模式濾池DO恢復(fù)效果不如8 h和12 h工作模式，所以更容易形成缺氧環(huán)境，導(dǎo)致生物膜缺氧區(qū)域向外擴(kuò)展，更有利于反硝化反應(yīng)，脫氮效果更佳。12 h工作模式下進(jìn)水TN容積負(fù)荷在0.06 kg/(m3·d)以內(nèi)，可保證TN去除率在19.7%以上，比原脈沖生物濾池平均去除率高9.6%以上。16 h和20 h工作模式試驗(yàn)結(jié)果相比于黃濤[20]濾池中16%的TN去除率提高了5%～17%。

圖9 不同時(shí)間控制模式下濾池進(jìn)水TN容積負(fù)荷與TN去除率的關(guān)系Fig.9 Relationship between Influent TN Volumetric Load and TN Removal Rate under Different Time Control Modes

2.2.5 濾池進(jìn)水TP容積負(fù)荷與TP去除率的關(guān)系

圖10為改良型生物濾池在時(shí)間控制開(kāi)關(guān)下的8、12、16 h和20 h工作模式時(shí)TP容積負(fù)荷與TP去除率之間的變化規(guī)律試驗(yàn)結(jié)果，TP去除率隨著TP容積負(fù)荷的增大而降低。因?yàn)樵囼?yàn)站點(diǎn)旁存在公共衛(wèi)生間，TP容積負(fù)荷整體偏高，TP容積負(fù)荷從0.002 kg/(m3·d)增大到0.006 kg/(m3·d)，4種工作模式下TP去除率從43.2%～53.4%急劇降低到23.3%～36.9%。在進(jìn)水TP濃度較低時(shí)，濾池中的填料有充分的空間和生物膜處理吸附TP，使濾池保持較高的TP去除率。在TP容積負(fù)荷從0.006 kg/(m3·d)增大到0.014 kg/(m3·d)時(shí)，TP去除率降低到13.4%～16.5%，因?yàn)榇穗A段TP容積負(fù)荷已經(jīng)過(guò)高，陶粒填料表面會(huì)形成對(duì)TP吸附限制，填料小孔吸附與脫附達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡，多余的TP未被及時(shí)吸附就流出濾池。

圖10 不同時(shí)間控制模式下濾池進(jìn)水TP容積負(fù)荷與TP去除率的關(guān)系Fig.10 Relationship between TP Volumetric Load and TP Removal Rate under Different Time Control Modes

上述研究表明，12 h工作模式在不同TP容積負(fù)荷階段對(duì)TP去除率都是最高的。因此，在12 h工作模式下將TP容積負(fù)荷控制在0.005 kg/(m3·d)以內(nèi)，可以保證TP去除率在43.8%以上，比原脈沖生物濾池高出28.8%以上。

2.3 改良型生物濾池水力負(fù)荷與污染物去除率的關(guān)系

2.3.1 濾池進(jìn)水水力負(fù)荷與CODCr去除率的關(guān)系

圖11為時(shí)間控制開(kāi)關(guān)為12 h工作模式下改良型生物濾池的水力負(fù)荷與CODCr去除率之間的關(guān)系情況。在前一階段試驗(yàn)基礎(chǔ)上，研究得出時(shí)間控制開(kāi)關(guān)控制為12 h工作模式的改良型濾池工作方式有利于DO恢復(fù)，同時(shí)兼顧TN的去除。本研究階段，當(dāng)水力負(fù)荷從0.80 m3/(m2·d)增大到2.00 m3/(m2·d)，CODCr去除率隨著水力負(fù)荷的增大而增大，去除率從58.8%增加到63.0%。水力負(fù)荷較小，水力剪切力小，HRT就長(zhǎng)，更有利于生物膜上的異養(yǎng)菌降解CODCr，且CODCr容積負(fù)荷較低，所以此時(shí)CODCr去除率上升。當(dāng)水力負(fù)荷從2.00 m3/(m2·d)增大到4.80 m3/(m2·d)，CODCr容積負(fù)荷增大，CODCr去除率在61.0%～63.0%，較為穩(wěn)定，仍保持在一個(gè)高效階段。當(dāng)水力負(fù)荷在從4.8 m3/(m2·d)上升到9.00 m3/(m2·d)時(shí)，一方面，水力負(fù)荷的增大，沖刷破壞填料上的生物膜，導(dǎo)致HRT降低；另一方面，水力負(fù)荷增大時(shí)CODCr容積負(fù)荷也增大，CODCr去除率急劇下降，從61.0%降到33.8%。上述研究表明，CODCr去除率大致隨著水力負(fù)荷增大而減小，與黃媛媛等[21]在改進(jìn)濾池的研究結(jié)論具有一致性。

圖11 時(shí)控開(kāi)關(guān)設(shè)置12 h工作模式時(shí)濾池進(jìn)水水力負(fù)荷與CODCr去除率的關(guān)系Fig.11 Relationship between Influent Hydraulic Load and CODCr Removal Rate as Control Switch Setup for 12 h

該工藝水力負(fù)荷在1.00～3.00 m3/(m2·d)時(shí)，CODCr去除率穩(wěn)定在62.4%以上，與原脈沖生物濾池水力負(fù)荷為13.5 m3/(m2·d)下的CODCr平均去除率33.5%相比，提高了28.9%以上。從降解CODCr的角度考慮，水力負(fù)荷應(yīng)選擇1.00～3.00 m3/(m2·d)。

2.3.2 濾池進(jìn)水水力負(fù)荷與氨氮去除率的關(guān)系

圖12 時(shí)控開(kāi)關(guān)設(shè)置12 h工作模式時(shí)濾池進(jìn)水水力負(fù)荷與氨氮去除率的關(guān)系Fig.12 Relationship between Influent Hydraulic Load and Ammonia Nitrogen Removal Rate as Control Switch Setup for 12 h

上述研究表明，時(shí)間控制開(kāi)關(guān)設(shè)置為間歇式工作的12 h工作模式，控制組合泄水開(kāi)關(guān)，使濾池在低水力負(fù)荷1.00～3.00 m3/(m2·d)運(yùn)行處理農(nóng)村生活污水，可保證去除率穩(wěn)定在76.1%以上。

2.3.3 濾池進(jìn)水水力負(fù)荷與TN去除率的關(guān)系

上述研究表明，濾池在12 h工作模式下將水力負(fù)荷控制在1.00～3.00 m3/(m2·d)，可以有效保證TN去除率在20.7%以上，比余浩[22]的TN去除率的研究結(jié)果高8%。

圖13 時(shí)控開(kāi)關(guān)設(shè)置12 h工作模式時(shí)濾池進(jìn)水水力負(fù)荷與TN去除率的關(guān)系Fig.13 Relationship between Influent Hydraulic Load and TN Removal Rate as Control Switch Setup for 12 h

3 結(jié)論

(1)通過(guò)拆除脈沖水箱，降低水力負(fù)荷，同時(shí)設(shè)置時(shí)間控制開(kāi)關(guān)控制水泵工作頻率，使濾池均時(shí)均量布水，研究8、12、16、20 h 4種時(shí)間控制工作模式下的污染物去除率。結(jié)果表明，在進(jìn)水水質(zhì)CODCr、氨氮、TN、TP質(zhì)量濃度分別為30～156、14.2～85.0、21.4～96.0、0.97～7.50 mg/L的情況下，改良型生物濾池在12 h工作模式下對(duì)CODCr、氨氮、TP的整體去除率最高，最高分別為63.0%、87.4%、53.4%；在16 h工作模式下對(duì)TN的整體去除率最高，最高為33.0%。

(2)12 h工作模式下進(jìn)水CODCr容積負(fù)荷及氨氮容積負(fù)荷、TN容積負(fù)荷、TP容積負(fù)荷分別控制在0.3～0.5及0.05、0.06、0.005 kg/(m3·d)以內(nèi)，方能保證CODCr、氨氮、TN、TP去除率在57.3%、65%、19.7%、43.8%以上，比原脈沖生物濾池平均去除率分別高23.8%、36.5%、9.6%、28.8%以上。

(3)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)8、12、16 h和20 h工作模式下改良型生物濾池出水DO平均質(zhì)量濃度分別為4.7、5.5、3.8 mg/L和3.1 mg/L，表明4種工作模式下改良型生物濾池池體的DO恢復(fù)程度不同，12 h工作模式下的復(fù)氧效果最好，此時(shí)有利于降解有機(jī)物和氨氮。

(4)最大回流比為1∶1時(shí)，改良型生物濾池在12 h工作模式下，將水力負(fù)荷降低在1.00～3.00 m3/(m2·d)，CODCr、氨氮、TN去除率分別可達(dá)到62.4%、76.1%、20.7%以上。

(5)試驗(yàn)研究結(jié)果可見(jiàn)，在相同容積負(fù)荷的情況下，12 h工作模式比其他3種工作模式表現(xiàn)出更好的去除效果，該模式下生物濾池對(duì)氨氮去除率最高，同時(shí)也能兼顧C(jī)ODCr和TP的去除效果。因此，改良型生物濾池在出水回流比為1∶1的條件下，采用時(shí)間控制開(kāi)關(guān)12 h工作模式，且在水力負(fù)荷1.00～3.00 m3/(m2·d)運(yùn)行，為最佳的工作模式。