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本研究提出生物活性砂反应器(Active Sand Biofilter,简称ASB),试图对活性砂过滤器进行挂膜启动,将连续洗砂模式改为间歇洗砂模式以增强其生物处理作用。本研究探索了生物活性砂反应器的挂膜启动特性、深度处理曝气生物滤池出水的运行效能、间歇洗砂的影响,并观察其生物相特征和生物膜形态,为生物活性砂反应器的厌氧挂膜及应用推广提供理论依据。本研究主要得到以下结论: (1)对比相同粒径范围的颗粒活性炭和河砂的物理性质及对氨氮和磷的吸附性能,得出颗粒活性炭的性能优于河砂,所以采用颗粒活性炭作为生物活性砂反应器的滤料。 (2)采用生活污水经自然挂膜法28d内完成生物活性砂反应器的启动。以同时满足TOC去除率快速下降再快速恢复稳定及COD去除率稳定作为判断生物活性砂反应器挂膜是否成熟的标志。挂膜完成后,在水力负荷为2.53m3/(m2·d)的条件下,生物活性砂反应器对CODCr、UV254、浊度、色度有较好的去除效果,去除率分别为54~61％、75~80%、55~76%、71~86%。生物活性砂反应器对NH3-N、TP和TOC的去除效果不佳,需采用其他强化脱氮工艺进行处理。 (3)水力负荷对生物活性砂反应器去除污染物有显著影响。挂膜期间,随水力负荷的提高,CODCr、TOC、UV254的去除率均呈下降的趋势。深度处理曝气生物滤池出水期间,CODCr、NH3-N、NO3-N、TN和浊度的去除呈相似趋势,亦随水力负荷增加去除率下降。 (4)洗砂能有效地清洗滤料,更新滤层,提高生物膜活性,但使得微生物密度下降。跟据需求选择定浊度法洗砂控制技术,当出水浊度>1NTU时,认为需进行洗砂。同时通过对比3种不同工况的洗砂,得出最佳洗砂工况为压缩空气气量为0.2m3/h,洗砂循环次数1次,洗砂时间为3.5h。 (5)生物活性砂反应器深度处理曝气生物滤池出水时的最佳水力负荷为4.24m3/(m2·d)。反应器稳定运行时期,CODCr、UV254、NH3-N、NO3-N、TN、浊度和色度平均去除率为31%、94%、24%、31%、23%、69%、87%。 (6)挂膜时期,沿水流方向,生物相由低级向高级转变,种类繁多;挂膜后颗粒活性炭表面比未挂膜的光滑,主要以球状菌和短杆菌为主,还有少量丝状菌。深度处理曝气生物滤池出水时期,原生动物和后生动物量少,呈由炭层下部至上部逐渐减少的趋势,种类不多;大量丝状菌体分布在各个部位;球状菌和短杆菌由炭层下部至上部逐渐增多;顶部和底部的生物膜分布连续;中部生物膜分布不连续。不同空间位置形成各自独特的优势生物群落,组成稳定的生态系统。