生物慢滤池在汽车工厂中水处理中的应用研究

张庆东

（吉林省同仁建筑设计有限公司，长春130000）

慢滤水处理工艺是1804年由英格兰的John Cibb为其漂白厂制取高度洁净的水而发明的。该工艺因占地面积大，后来被美国人发明的快滤池所取代。但随着水质污染日益加重，以及人们对水质要求标准的不断提高，慢滤水处理工艺因其在处理有机物及各种微生物等方面优势又开始被世界上许多国家所采用。

1 生物慢滤池

1.1 生物慢滤池的构造及设计参数

生物慢滤池的构造与快滤池类似，由上至下分为进水系统、过滤层、承托层和排水系统4部分。水从滤池的上部进入，缓慢流过多孔砂床后，经承托层从底部流出。生物慢滤池进水水质要求如下：（1）浊度低于30度；（2）没有季节性水华，叶绿素质量浓度低于0.05mg／L；（3）如果生物慢滤池中没有粒状活性炭，原水中应避免含有农药和杀虫剂；（4）对于黏土含量高的水，采用粗滤作为预处理；（5）不能含有残留的氧化剂，如余氯；（6）溶解氧质量浓度不低于3mg／L。

生物慢滤池分为密闭式和敞口式。生物慢滤池在运行过程中，要求保持恒定滤速，避免频繁地改变滤速，尤其应避免频繁地开关出水口阀门，为保证生物慢滤池按设计负荷运行，出水口应设置流量计和流量调节阀。频繁地停止和开启生物慢滤池会影响出水水质，因此要求慢滤设计成24h运行。

在寒冷气候下，生物慢滤池要加盖以防止上层水结冰。生物慢滤池个数应不少于2个。生物慢滤池的承托层厚度一般为0.30m。滤料层厚度一般在0.65～1.20m之间，不得小于0.65m。滤料采用粒径为0.15～0.40mm的石英砂或普通河沙。过滤层上面一般应保证0.70～1.50m的水深。水力负荷一般按0.10～0.30m3／（m2·h）设计。

1.2 生物慢滤池的工作原理

生物慢滤池的净水机理相当复杂，是在机械筛滤、生物吸附降解、沉淀、扩散及静电吸附等物理化学和生物化学作用下完成净水过程的。与快滤机理相比，慢滤的水力负荷低，无反冲洗，在过滤层上部表面能形成一层生物黏膜，这层生物黏膜含有细菌、藻类、原生动物及各种微生物的分泌物，生物的吸附降解在慢滤的净水过程中起到了很重要的作用。生物慢滤池的机械筛滤作用，在滤料成熟，即表层具有黏性的生物滤膜形成后，能得到充分发挥。这是由于这种生物黏膜的存在，使滤料的间隙减小，几乎可以截留水中所有的悬浮杂质。生物慢滤池的滤层中所吸附的有机物及矿物质为微生物的生长繁殖提供了营养，于是在滤料表面存在着各种类型的微生物群体甚至微型动物，形成了有机物—细菌—原生动物的食物链。在微生物作用下，含碳有机物被氧化成水和二氧化碳；含氮有机物被氧化成氨，进而在亚硝化菌作用下转化成亚硝酸，又在硝化菌作用下转化为硝酸；在缺氧条件下，这些硝酸在反硝化菌作用下还可进一步转化为氮气扩散到水中，由此去除了水中可导致婴儿铁血蛋白症的硝酸盐。在生物慢滤池中，存在的生物化学降解过程可表示如下：

通过以上生物化学过程，水中的有机物几乎完全除去。而细菌或者由于食物链的存在被捕食，或者被下层滤料截留后被捕食，或者在滤层内死亡，成为其他菌体的营养源。研究表明，当温度在10℃以上，滤层厚度大于600mm时，慢滤几乎可除去水中所有的致病微生物。

2 生物慢滤池制取中水的工艺

2.1 传统中水工艺

随着国家推进绿色环保工厂建设的进程，汽车工厂项目不仅污水治理标准在提高，对污水再生回用的业主也在增多。现有汽车工厂的污水处理工艺，通常对生产污水（如涂装污水）采用物化法预处理，预处理后的生产污水与生活污水混合进行生化处理达到国家二级或一级排放标准。对达标排放污水大多采用物理化学法进行深度处理制取中水。汽车工厂中水处理的几种工艺见表1。

表1 制取中水的几种工艺

表1中列出的几种中水处理工艺主要优点：水质处理的效果良好，出水COD可在20～50mg／L范围，浊度小于5度，无异味，总大肠菌群0～3个／L，符合GB 50335—2002《污水再生利用工程设计规范》中城市杂用水水质控制指标。

表1中列出的几种中水处理工艺存在的共性缺点如下：（1）工艺流程复杂，操作管理烦琐；（2）机械设备多，维护维修工作量较大；（3）水泵类用电量多，不节能；（4）砂过滤、活性炭吸附、超滤等均需定期的反冲洗，造成一定水量的浪费，特别是超滤还需要定期化学清洗超滤膜，产生二次污染；（5）中水杀灭细菌使用消毒剂20～30mg／L，水中含有的氯离子对绿化的土地加速板结和盐碱化；（6）中水制水成本高，约0.8元／t（不含固定资产折旧）。

2.2 生物慢滤池制取中水工艺

为解决传统中水工艺的缺点，依据生物慢滤池在净水工艺和现有污水处理中的应用经验和特性，提出在汽车工厂中采用达到国家二级排放标准的污水作为原水，采用生物慢滤池制取中水的工艺设计方案，其工艺流程如图1。

图1 工艺流程图

生物慢滤池的主要技术优势在于可以去除的污染物种类很多，除了能去除细菌、病毒和病原性微生物外，还可去除人工合成有机物、天然有机物、腐殖质、重金属离子等，可减少消毒剂的用量。

生物慢滤池出水水质，除COD指标与传统中水处理工艺相当外，其他水质指标优于传统中水工艺出水水质。

生物慢滤池工艺的主要优点如下：（1）运行管理简便，技术要求低，运行费用省；（2）结构简单，建设容易；（3）节省能源、人工，不使用化学药品，无二次污染；（4）出水水质好；（5）由于慢滤水处理工艺不需要反冲洗，因此其自耗水量相当低，一般为产出水量的0.1%左右；（6）处理成本约0.1元／t。

生物慢滤池工艺的主要缺点：该工艺因水力负荷低，所以占地面积大，在工程设计时应当合理利用站房建筑空间。根据不同的生产规模，汽车工厂污水量约为480～1 280m3／d，相应的污水站面积约为756～1 080m2，生物慢滤池的设计水力负荷取0.10m3／（m2·h），相应的滤池面积约为250～600m2，所以可将生物慢滤池布置在污水处理设备下方，以减少建筑面积，解决生物慢滤池占地面积大的缺点。

生物慢滤池在汽车工厂中处理中水的适用性：（1）汽车工厂中达到国家二级排放标准的污水的浊度一般小于10度，最大不超过30度，符合生物慢滤池的进水对浊度的要求。（2）汽车工厂中达到国家二级排放标准的污水的溶解氧质量浓度大于3mg／L，符合生物慢滤池的进水对溶解氧质量浓度的要求。（3）如果污水处理系统只有物化处理，应在生物慢滤池前端设预曝气池对前级水进行曝气处理，使溶解氧质量浓度达到3mg／L即可。

3 生物慢滤池的运行管理

3.1 生物慢滤池的调试

为了使滤料表面尽快形成生物膜，生物慢滤池在投入运行前应进行调试。调试前为了排除滤层内的空气，应先从底部向滤池内充水。直接采用设计滤速进水，出水pH值稳定后，标志滤料成熟。调试期间由于出水中含有微生物，因此出水需要排放或循环进入生物慢滤池进行再处理，直至出水水质经化验合格后，方可供用户使用。

3.2 生物慢滤池的滤料清洗与回填方法

生物慢滤池的运行周期较长，一般几个月，长的可达一年以上。当滤料堵塞需要清洗时，可采用人工方法进行，清洗方法是将池内水位控制在砂层内某一高度，用铲将表层25～30mm厚度的滤层铲出清洗，将清洗后的滤料回填到滤池中。由于滤料在清洗过程会有损耗，滤池内滤料厚度会不断减小，应特别注意不宜使滤层厚度小于650mm。

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