作为生物膜法处理技术之一, 生物滤池在污水处理领域已有不少应用, 如工厂化水产养殖用到的各种生物包, 低污染源水的深度处理, 以及与其它水处理工艺的耦合等.在城市污水处理方面, 生物滤池常用于污水深度脱氮, 一般是强化硝化-反硝化, 对应的构筑物有曝气生物滤池、反硝化滤池等.曝气生物滤池是目前研究和应用较多的一种, 有关其净化机制、效能评价、参数优化、技术开发等研究较多.然而持续曝气的生物滤池不仅耗能高, 同时滤池内的好氧环境也不利于反硝化.为此, 研究者们又提出了间歇曝气生物滤池, 通过创造滤池内的交替好氧/厌氧(或缺氧)状态, 不仅节能, 还有利于同步脱氮除磷。
对于新启用的生物滤池而言, 挂膜所需时间长短会影响到实际生产应用.挂膜通常是指进行微生物适应性驯化, 定向培育或富集功能微生物.由于生物滤池的构筑方式、处理对象、运行环境条件等多样, 目前关于生物滤池的启动时间长短报道不一.另外, 生物滤池的净化效率不仅受控于滤料种类、填充深度、水力负荷、污染负荷、环境条件等, 还与池形(或流态)密切相关, 如硝化型曝气滤池可设计成下行流, 通过水-气对流增加氧气传质效果; 反硝化滤池可设计成折流式, 减小死水区, 增加污染物与基质的充分接触, 延长停留时间。
生物滤池的净化作用主要依赖于功能微生物, 后者又与上述影响因素密切相关.然而目前从微生物层面深入剖析滤池工况调整与净化效率的量化关系及其机制的报道较少.为了探究曝气、挂膜周期(或生物膜发育成熟度)、池形(或流态)等改变对生物滤池净化效率的影响, 本文设计了4种不同运行工况的生物滤池, 即3组垂直流滤池(MAVF、NAVF、NVF)和一组折流式水平流滤池(BHF). 4组滤池在同一环境条件下同步处理模拟配制的生活污水, 通过各组滤池净化效率的比较及微生物群落结构解析, 明确滤池净化效率与上述影响因素的量化关系, 以期为实际生产应用提供理论指导.
材料与方法1.1 试验系统设计与构建试验构建的4组生物滤池框架均为有机玻璃, 其中3组垂直流滤池规格一致, 即L×W×H为48 cm×48 cm×60 cm, 水平流滤池为100 cm×48 cm×48 cm, 水平流滤池内还设置了9个等间距平行交错的折流板(39 cm×0.9 cm×48 cm). 4组滤池内均填充孔径3~5 mm、孔隙率为0.433的多孔陶粒; 垂直流、水平流滤池填充深度分别为38、34 cm.曝气滤池安装了曝气系统, 具体在曝气滤池底部铺设PVC布气管, 布气管直径20 mm, 表面钻有间距5~8 mm、大小5~6 mm的出气孔; 布气管内穿插纳米微孔曝气管(内径×外径=10 mm×15 mm), 后者通过聚乙烯软管(内径×外径=10 mm×13 mm)与旋涡风机相连(风量：60 m3·h-1; *大风压：10 kPa; 品牌：亚士霸; 型号：HG-250;产地：浙江台州).运行时, 污水经水泵抽提后通过垂直流滤池表面的布水管流入滤池内, 其中MAVF滤池出水流入BHF滤池, 而NAVF和NVF滤池出水直接外排.各组滤池底部或末端装有出水阀, 用于调控滤池排水。