1. 研究目的与意义（文献综述）

1.1研究背景

我国地表水体由于氮、磷等污染物过度排放引起的水体富营养化问题十分突出。解决水体的富营养化问题归根结底还是要解决水体n、p 含量过高问题。^[1]现阶段，城市污水处理厂出水经深度处理后回用补充入天然河道水体已成为城市污水处理厂出水的一大去向。因此，保证其出水氮、磷含量稳定达标排放也成为了防止水体富营养化的关键一步。近年来，降低氮、磷等污染物的排放问题逐渐引起了人们的重视，随之我国各地区对城市污水处理厂尾水中氮、磷等指标的要求也越来越严格。各地污水处理厂都在进行提标改造，排放水由《城镇污水处理厂污染物排放标准》（gb18918-2002）一级b标准全面提高到一级a标准。其中，中水回用出水需确保按照地表水准Ⅳ类出水标准排放。

磷是水体富营养化的直接诱因，也是一种不可更新、难以替代的自然资源。因此，开发污水除磷与磷回收工艺已成为各国专家的研究热点。^[2]

2. 研究的基本内容与方案

2.1 研究内容

1）在不同曝气/停曝时间比条件下，间歇曝气生物滤池用于处理城市污水二沉池出水降解COD、除磷效率的对比研究，并确定该运行工况下的最佳间歇曝气周期；

2)改换曝气好氧段与停曝厌氧段的顺序，探究间歇曝气生物滤池在不同状况下用于处理城市污水二沉池出水降解COD、除磷效率的对比研究，并确定该运行工况下的最佳间歇顺序；

3）好氧-厌氧组合生物滤池处理城市污水二沉池出水降解COD、除磷效率与运行机制的分析；

2.2 研究目标

1）本实验设置两座序批式进水、间歇曝气模式的生物滤池，通过控制曝气生物滤池的间歇时间与次序，设置四组不同的曝气/停曝时间比和次序，来探讨间歇曝气周期对生物滤池处理城市污水二沉池出水，降解COD、除磷的效率和机理。分析在该运行工况下的最佳间歇曝气周期。

2）另外单设一组好氧-厌氧组合生物滤池，采用序批式进水，通过控制两座组合滤池中，前池曝气，后池不曝气的部分曝气的模式，探讨在好氧/厌氧状态下的生物滤池对各种污染物的降解能力。

2.3 拟采用的技术方案及措施

2.3.1技术方案

1）构建两座条件基本相同的单级生物滤池。取武汉市汤逊湖污水厂二沉池出水作为参照标准，配置人工模拟的生活污水作为滤池处理水。同时，利用水厂活性污泥进行接种挂膜，待生物膜生长，且运行稳定后，设定统一的运行周期，设置四组不同的曝气/停曝周期，如下表1。通过监测进出水的COD、氨氮、硝态氮、总氮、无机磷和总磷等指标，对比探究在不同间歇曝气周期条件下生物滤池降解各种污染物的效率。

表1 四组不同的曝气周期设置方案

	A池	B池
第一批次	曝气1.5h，停曝1.5h， 循环2次	停曝1.5h，曝气1.5h， 循环2次
第二批次	曝气2h，停曝1h，循环2次	停曝1h，曝气2h，循环2次

2）构建一组由好氧生物滤池和厌氧生物滤池组成的组合装置。保持前池曝气呈间歇曝气好氧/缺氧状态，后池不曝气呈厌氧状态。通过监测进出水的COD、氨氮、硝态氮、总氮、无机磷和总磷等指标，分析好氧-厌氧生物滤池的降解污染物的效率和机制。

下图1为本实验的技术研究路线：

图1 技术研究路线

2.3.2实施措施

A：系统构建与运行

构建两座相同的单级生物滤池，为下行式垂直流生物滤池（规格：48 cm L×48 cm W×60 cm H），滤池内部填充相同规格的多孔陶粒，总深度0.45m，陶粒孔隙率为0.433；在滤池底部设置取样口。滤池表面铺设布水管，底部设有集水管；集水管内设有纳米微孔曝气管，后者通过塑料软管与鼓风机相连。采用序批式运行方式，不采用连续进水连续出水的方式。两座滤池前段设有配水池均匀配水，采用提升泵从滤池顶部进水，底部出水的方式过滤。滤池底部安装有空气泵以及曝气管道，通过开启与关闭滤池曝气管道上的阀门进行曝气/停曝间歇运行的控制。

同时构建一组好氧-厌氧组合生物滤池，好氧池同上述单级生物滤池，厌氧池为折流式水平流滤池（规格：100 cm L×48 cm W×48 cmH），自进水端向出水端呈一定角度倾斜。湿地内增设了平行交错的折流墙。填充基质为不同规格的多孔陶粒，填充深度0.45m，陶粒孔隙率亦为0.433。形成下图所示的组合装置。

图2 组合装置结构示意图

B：实验用水

取武汉市汤逊湖污水厂二沉池出水作为参照标准，配置人工模拟的生活污水作为滤池处理水。用自来水配置，添加定量淀粉、葡萄糖、NH₄HCO₃、KH₂PO₄控制进水COD、NH3 -N、PO4^3--P目标浓度分别为60mg/L,15mg/L,1 mg/L。用碳酸钠-碳酸氢钠调pH至6.5-7.5。

将自行模拟配制的生活污水通过水泵引入两座单级滤池，和组合滤池的前池。3组流滤池水利负荷控制在0.1m³/(m²﹒d)。

C：取样与测定

所有滤池进水方式均为序批式运行，间歇进水。水质采样点为两座单级生物滤池进水、底部出水；组合生物滤池前池进水、后池出水。采样频率为7次/天，每种间歇曝气周期运行7天，采样一周。每种间歇曝气周期切换间隔3天后取样。

采用美国YSI多参数水质分析仪（型号：Pro Plus）现场测定压强(P)、温度(T)、溶解氧(DO)、氧化还原电位(ORP)、碱度(pH)、电导率(Cond)、比电导率(SC)、总溶解固体(TDS)、盐度(Sal)、电阻率(Res)等在线参数。水样采集后，按COD：高锰酸钾法；TP：钼酸铵分光光度法测定。

D：分析与对比

根据每小时取样测定数据，分析在整个运行周期内，随反应时间延长，间歇曝气生物滤池中COD、有机磷、无机磷浓度变化的动态过程，并解释其机理；

对比比较四组不同的间歇曝气周期模式下，原水与出水的COD降解率与TP去除率，探究曝气/停曝时间与顺序对该滤池去除污染物的效率的影响，得出该运行工况下的最佳间歇曝气周期；

根据每小时取样测定数据，分析好氧-厌氧组合生物滤池在整个运行周期，好氧生物滤池、厌氧生物滤池与整套工艺对污水中的各种污染物的去除效率浓，解释组合生物滤池的污染物去除机理。并与单级生物滤池作对比分析。

3. 研究计划与安排

时间	项目	具体内容
2018.2.26-2018.3.11	毕业实习	（1）去污水处理厂实习，熟悉不同工艺污水处理流程及原理；
2018.3.12-2018.3.25	查阅文献 写开题报告	（1）查阅国内外有关间歇曝气生物滤池的文献资料，形成实验思路； （2）撰写开题报告。
2018.3.26-2018.4.8	构建模型与装置	（1）构建两座单级生物滤池系统； （2）构建一座好氧-厌氧组合生物滤池系统； （3）接种生活污水进行挂膜试验； （4）模拟配置生活污水并加入装置进行调试。
2018.4.9-2018.4.29	装置运行 采集数据	（1）分阶段开展不同间歇曝气周期试验并采集水样，分析测定； （2）同时运行组合生物滤池并采集数据； （3）测定分析水样高锰酸钾指数、总磷和无机磷指标，根据标准曲线对数据进行核对分析，核实数据有效性。
2018.5.28-2018.6.8 2018.5.28-2018.6.8	数据整理 查阅文献 分析实验 撰写论文 准备答辩	（1）用Origin软件绘制数据图形，比较分析实验数据； （2）根据文献资料，思考分析实验结论。 （1）根据数据结果分析撰写毕业论文； （2）论文装订，交毕业设计全部成果审核； （3）准备答辩。

4. 参考文献（12篇以上）

[1]. 曾龙云等, 间歇曝气生物滤池生物除磷性能研究. 环境科学. 33(1): 第197-202页.

[2]. 李方等, 磷回收对厌氧/好氧交替式生物滤池蓄磷/除磷的影响. 环境科学, 2014. 35(3): 第979-986页.

[3]. 赵海霞等, 生物滤池脱氮除磷的强化及其对含盐废水的处理_赵海霞. 山东大学学报(工学版), 2012. 42(2): 第83-107页.