论文总字数：16867字

目 录

1前言 1

1.1研究背景与研究意义 1

1.2我国富营养化水体现状 1

1.3富营养化水体治理研究 1

1.3.1利用植物处理富营养化水体研究 2

1.3.2利用微生物处理富营养化水体研究 2

1.4塔式生物滤池概述 3

1.4.1塔式生物滤池的构造 3

1.4.2塔式生物滤池去除污染物机理 3

1.4.3塔式生物滤池的优缺点 3

1.5塔式生物滤池研究现状 3

1.6研究思路及目标 4

2实验材料与方法 4

2.1实验材料与装置 4

2.2运行方式 6

2.3实验方法 6

2.3.1水质参数检测方法 6

2.3.2孔隙率测定方法 7

3塔式生物滤池处理效果与影响因素 8

3.1塔式生物滤池运行状况及原水水质分析 8

3.2不同填料对塔式生物滤池处理效果的影响 8

3.2.1鹅卵石处理富营养化水体效果的影响 8

3.2.2无烟煤处理富营养化水体效果的影响 9

3.2.3松磷处理富营养化水体效果的影响 10

3.2.4陶粒处理富营养化水体效果的影响 11

3.2.5改性纤维处理富营养化水体效果的影响 12

3.2.6蛭石处理富营养化水体效果研究影响 13

3.2.7生态混凝土处理富营养化水体效果的影响 14

3.3本章小结 15

4结论与展望 16

4.1结论 16

4.2不足与展望 16

参考文献： 16

致谢 18

基于不同填料的塔式生物滤池处理富营养化水体的研究

向培德

，China

Abstract：This study focuses on the eutrophication problem, by using the biotower, the biotower’s ability of eutrophication purafication, based on different packings. Results are followed: pepples only has a good job on TP,about 30%; anthracite for TP, phosphate, nitrate and ammonia removal rate respectively. 70%, 80%, 75%; phosphorus removal rate of COD was unfavorable, about 10%; ceramsite for phosphate, nitrate and ammonia removal rate were 30%, 80%; modified fiber for the removal rate of TSS is 50%; for ammonia removal effect of vermiculite, 30%; eco concrete for TP, phosphate, TN ammonia, nitrate removal rate were 50%, 55%, 20%, 70%.Capacity of several kinds of fillers: anthracitegt;eco concrete, ceramsite capacitygt; pine, vermiculite,gt;pebbles,modified fiber. The results provide a reference for the application of the biological aerated filter in the treatment of eutrophic water.

Key words：biotower；eutrophic water；single filter

1前言

1.1研究背景与研究意义

由《水资源公报2015》指出：太湖总体水质为Ⅳ类；滇池水质为Ⅴ类，处于中度富营养状态；巢湖水质为Ⅴ类，总体为中度富营养状态。基于这样一个数据表明，我国湖泊水质污染问题依旧严重。同年出台的《水污染防治计划》中也明确将“控制农村面源污染”作为一项重要的行动计划。2007年太湖蓝藻污染事件映入人们的眼帘，从此，水污染治理作为可持续发展战略中的重要一环，一直以来饱受人们的关注。现如今，科技飞速进步，技术工艺更迭频率更是达到了前所未有的高度，而随之出现的诸如水污染的环境问题也是层出不穷。

其中，尤为严重的当属水体富营养化问题。如2016年9月江夏区因为排水问题引起水华，导致养鱼户损失八百斤鱼；2015年7月云南滇池蓝藻爆发；1998年9月渤海地区爆发的赤潮造成直接经济损失达5.6亿元。并且，因为富集了毒素，还发生了人误食被藻毒素污染的贝类而致死的事件；1990年7月，太湖地区水华暴发，使该区自来水供应量骤减，影响市民正常生活，造成了一定程度的社会恐慌，经济损失达1.3亿元。

据此，本研究主要是以城乡结合部的一条河流作为实验用水的取水源，意在探讨富营养化水体水质情况以及利用塔式生物滤池方法处理的可行性，以期为处理该区域污废水问题的应用提供一定的参考。

1.2我国富营养化水体现状

近几年来，由于人们肆意排放的城市生活污废水，未经完全处理的工业废水以及农村直接排放的生活污废水，导致河流湖泊富营养化现象极其严重。《2015年环境状况公告》表明我国地表水国控断面（点位）中四类，五类水质断面占26.7%，劣五类占8.8%。其中，大部分流域的主要污染指标为化学需氧量，五日生化需氧量以及总磷。因此，对于富营养化水体的修复，治理不仅是改善水质的一大难题，也是一大重点。

由于对水资源的过渡开发利用，以及工，农业污废水排放，我国浅营养化湖泊也在开始向富营养化湖泊转变。内陆地区多发水华现象，沿海区域也频繁发生赤潮现象，对我国的经济造成了不可挽回的破坏^[1,2,3，4]。

1.3富营养化水体治理研究

传统的处理富营养化水体的方法主要有控制外源污染物质输入和减少内源污染物质负荷，其中研究较多的在于减少内源污染物质负荷，包括工程性的措施，如深层曝气；化学方法，如投加具有絮凝沉降功能的混凝剂；以及生物方法，如投加具有加速水中氮磷循环功能的微生物。

不同于化学方法，利用生物方法处理富营养化水体时，不引进新的化学物质从而不会导致二次污染生成新的污染物。另外，富营养化水体不同于工业生产排放的污废水，一般不含有较高浓度的重金属，其主要污染物为氮磷等可生化降解的有机物。动植物生长繁殖过程中需要氮，磷等营养物质，利用它们生长繁殖来处理富含氮磷的污废水时，不仅可以净化水质，同时还可以产生经济价值，具有较好的应用处理前景。

1.3.1利用植物处理富营养化水体研究

因为植物生长繁殖需要氮，磷等营养物质作为氮源和磷源，利用植物处理时，无需引进新的化学物质，并且氮，磷通过植物的同化作用被植物固定在体内，合成自身的有机物，从而用于水处理的植物具有较高的淀粉和蛋白质含量，可以作为良好的饲料，具有一定经济效益。对于用漂浮植物作为处理植物时，需要及时打捞，否则，吸收固定的营养物质因为植物的死亡或者其他相关因素的影响而被重新释放到水体中，失去净化水质的作用。

在水体环境4.6-6.5的范围内，三种太湖当地浮萍在实验室条件下均能较好生长并对总氮，总磷都有约80%的去除率，而且处理后的浮萍，因其淀粉或蛋白质含量高，可以用作饲料。对比起来，扬州地区常见的三种浮萍（紫背浮萍，青萍和少跟紫萍）中，青萍比另外两种浮萍具有更好的净化水质的能力。也有利用沉水植物为核心的人工沉床，其对总氮，总磷，氨态氮的去除能力均较优良。在挺水植物净化实验中，风车草表现最佳^{[5，6,7，8]}。

用美人蕉，鸢尾，千屈菜和黄菖蒲作为污水处理构筑物的植物进行实验时发现，美人蕉表现最佳，其总氮去 除 率、总 磷 去 除 率分 别 是64.83%、91.38%。而且，当美人蕉和其他植物混合处理时，其处理效果也会有所增强。除此之外，美人蕉因其优美的外形常用作景观植物。所以在很多人造水景的地区，美人蕉得到了广泛的种植，在作为观赏植物的同时具有净化水质的作用，形成一个良性的循环^[9]。在应用芦苇，藨草，薄荷，水芹做其水质净化能力的实验时，发现富营养化物质的不同浓度条件下，植物处理能力也有所差异。其中低，中等浓度条件下薄荷去除氨氮的效果最佳，而当浓度升高时，水芹去除氨氮的能力又强于薄荷^[10]。

因此，当利用植物处理富营养化水体时，需要考虑水体中氮，磷元素含量以及风速等物理条件，以期植物能够在较适宜的条件下良性生长从而获得较好的处理效果。

1.3.2利用微生物处理富营养化水体研究

与植物处理富营养化水体的原理类似，微生物也是利用富营养化水体中过剩的营养物质作为合成自身细胞的原料，通过同化合成作用从而降低氮，磷这类物质在水中的浓度，起到净化水质的作用。当然，也有部分微生物是被用作增强植物净化能力的辅助物，这类微生物通常可以跟植物形成共生关系或是互生关系，从而使植物在较不利于自身生长的环境中存活并生长。并且，由于微生物个体小，繁殖快，可以应用于塔式生物滤池处理中，在生物处理富营养化水体中具有重要的地位。

利用微生物对植物的促进作用从而使植物净化能力增强的应用如下：内生菌菌株 LM02、SaMR10和SaMR12可以用来强化能源柳树，促进植株生长和养分吸收，增加生物量，提高修复效率，同时增加能源生物质的经济价值，而且；其对柳树生物量、氮磷养分积累量以及修复富营养化水体氮磷的效果有显著促进作用^[11]。因为底泥环境是个厌氧环境，所以在其中生活有复杂的专性厌氧或兼性厌氧细菌。氮循环微生物的投加能有效加速底泥中有机质的分解，氨氮的释放，同时还会使水体整体的氮循环速率加快，从而推动了水中氮素的去除，对富营养化湖泊的修复起到了积极的作用；清淤与微生物修复的结合使用能在有效降低氨氮释放的同时加速TN的脱除，同时也能弥补二者单独使用时出现的问题，是一种行之有效的修复方式^[3]。因此，用于处理微生物应该能净化水体，促进碳，氮，磷，硫的循环以及可以抑制藻类的过度生长^[12]。

生物处理污废水分为厌氧处理及好氧生物处理，主要有生物膜法，氧化塘法，污水灌溉等。其中，生物膜法起源较早并且今天仍然是众多学者研究的重点。生物膜法处理污废水又包括生物滤池，生物转盘等工艺。虽然在城市污水处理工艺中塔式生物滤池应用虽然较少，但由于浮萍，显花类植物通常是用于处理的末端工艺以作为补充处理，处理富营养化水体时还需要另外应用某种污废水处理工艺，所以，塔式生物滤池就因其具有可以少动力或者无动力运行的特点具有较大的应用前景^[13]。考虑到塔式生物滤池具有占地面积小，结构简单，其上微生物组成丰富，能够存活一些时代周期长的生物，微型生物的存活率也高，并且具有较好的应用前景。因此，塔式生物滤池对于富营养化水体处理具有一定的应用潜力及可能性^[14]。

1.4塔式生物滤池概述

塔式生物滤池最早出现在20世纪50年代，原民主德国有人按化学工业中的填料塔方式建造了直径与高度比为1:6--1:8，高度达8-24m的塔式生物滤池。它是应用气体洗涤塔原理所开创的属第三代生物滤池，且具有负荷高，生物相分层明显，净化功能良好等特点。其占地面积比普通生物滤池小的特点使得生物滤池技术进一步推向前进。而后，由于塑料工业的发展，开始使用塑料制备的列管式或蜂窝式轻质滤料，促进了生物滤池的发展。

1.4.1塔式生物滤池的构造

同普通的生物滤池一样，包括滤床及池体，布水设施和排水系统。此外，塔式生物滤池呈塔状，塔身主要起围挡滤料的作用，一般可用砖砌筑，也有在现场浇筑钢筋混凝土或是预制板构件在现场组装；其布水设施与普通生物滤池一样；一般采取自然通风，也有因为工艺工业需要而采用机械通风。

1.4.2塔式生物滤池去除污染物机理

生物滤池是由间歇砂滤池和接触滤池发展起来的一种以土壤自净为原理的生物处理技术，距今已有百余年的历史。塔式生物滤池同普通生物滤池一样，其净化机理即生物膜处理。通过在滤料表面形成厌氧好养层生成一个适合微生物生长繁殖的空间，当污水与生物膜接触时，就会由基质传递机理使污水得到净化，微生物吸收利用污水中的营养物质合成自身需要的物质生长。当生物膜达到一定厚度时会脱落，从而形成新的生物膜，周而复始，污水得以净化。

1.4.3塔式生物滤池的优缺点

塔式生物滤池因其独有的特征，收到污水生物处理领域的重视，得到了较为广泛的应用。塔式生物滤池内部通风情况良好，污水与生物膜滤料等的接触充分，充氧效果良好，使得有机物质能够有效讲解。缺点主要在于：易堵塞，易产生卫生问题，对管理要求较高，而且常容易因为季节性原因导致处理效果不佳^[15]。

1.5塔式生物滤池研究现状

塔式生物滤池是基于普通生物滤池的发展起来的，是第三代生物滤池。塔式生物滤池的污水净化机理与普通生物滤池一样，但是与普通生物滤池相比具有负荷高，生物相分层明显，滤床堵塞可能性减少，占地少等特点。但是，目前大部分水处理厂都是采用传统的氧化池或是A²0的方法处理污废水，对于塔式生物滤池的实际应用还比较少。

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