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腐殖质滤池(Humus Filter,简称HF工艺)是利用腐殖垃圾填料在人工强化条件下发展而成的一种新型污水处理技术。本研究通过构建腐殖垃圾填料柱,系统的分析了填料腐殖质含量对填料柱处理效能和水力渗透性能的影响,研究了腐殖垃圾填料柱落干过程中系统修复的规律,为HF工艺的结构设计和填料选择提供理论支持和参考。
主要研究结果如下:
1)采用添加与腐殖垃圾同级配的砂以获得一系列腐殖质含量不同的填料,将其填充填料柱,进行腐殖质含量对填料柱净化污水的研究。结果表明,腐殖质含量对污染物的去除率有较大的影响,对CODcr与总磷的影响尤为明显。其中TP去除率与填料中腐殖含量成正相关性,其平均去除率与填料中初始腐殖质的含量具有很好的二次线性相关性y=-25.898x2+69.572x+39.016(R2=0.999);腐殖质含量较高的填料柱(1#、2#、3#)对CODcr的去除效果明显优于(4#、5#);腐殖质含量越高的填料其对CODcr的抗冲击负荷也越强;填料中腐殖质含量对系统氨氮去除率无明显影响,各个填料柱对氨氮均具有极高的去除率,出水中的氨氮浓度均低于1 mg/L,去除率均高于99%;填料柱对总氮的去除率随着填料中腐殖质含量的增加而增加,但是过高的腐殖质含量(超过0.87%)不利于总氮的去除;各个填料柱对总氮的去除率偏低,平均去除率均低于20%,C:N比失衡是造成系统总氮去除率偏低的主要因素。
2)在不扰动填料层的前提下对填料柱的渗透性能进行了跟踪监测。结果表明,腐殖质含量越高的填料对应的初始K值也越高,1#(腐殖质含量为1.09%)的K值高达3.32×10-2 cm/s,是同级配砂(腐殖质含量为0.01%)的5倍以上,达到中粗砂级别;在净化污水过程中各个填料柱的K值随时间逐渐减小,其中腐殖质含量最高的1#填料柱的K值降幅最大达79%,2#~5#填料柱中填料的K值的降幅分别为77%、49%、41%和51%(进污水第28天时);填料柱堵塞前期的阻力损失主要在表层,并随着腐殖质含量的增加而不断向表层偏移,腐殖质含量最高的1#其上部的水头损失占总水头损失达的95%以上;腐殖质含量高的填料更适宜生物膜的增殖,同时可使污染物深入填料,并具有巨大的污染物质容纳空间,其对应的稳定运行时间也越长。
3)对落干过程中的填料柱渗透性能和填料的组成进行监测。结果表明,在填料柱落干过程中其K值逐渐恢复,经过12天落干后填料柱的K值(2.97×10-2cm/s)基本恢复到进水前的水平(3.32×10-2cm/s);填料柱K值的恢复速率随着落干时间的延长而增高,填料柱K值与落干时间具有较好的线性相关性;填料表层对污染物的截留是填料柱K值下降的主要原因,而系统在落干过程中对填料中污染物的降解使得K值得以恢复,填料表层渗透性能的修复对整个系统的修复起决定性作用;落干过程中填料柱K值的恢复与填料表层TOC的含量具有较好的一次线性相关性:y=-16.271x+96.119(R2=0.9929),填料表层TOC含量可以间接的反映填料层的渗透性能,可以作为定量表征腐殖垃圾填料柱系统修复的一个重要指标。