摘要：根据生物滤池在污水处理过程中存在处理效率受限和堵塞等导致处理效果不佳的问题，提出微生物-曝气生物滤池在污水处理中的应用研究。污水首先进行预处理，确保进水水质符合曝气生物滤池的要求。微生物利用污水中的有机物作为滋养来源进行生长繁殖，同时氧化分解有机物、转化氨氮等污染物。曝气系统通过曝气管道向滤料层提供氧气，支持微生物的好氧代谢活动。经过生物降解后的污水通过滤池顶部的滤板流出，对滤池进行反冲洗以去除积累物。测试结果表明：滤池对COD的去除效果始终保持在良好水平，出水COD稳定控制在40 mg/L以下，低于一级排放标准；TP平均去除率为65%。去除率相对稳定，出水水质能够满足一级排放标准。因此，证明本文方法的去除效果在不同的操作条件下均表现出良好的稳定性和可靠性。

       关键词：微生物；曝气生物滤池；污水处理；微生物；生活污水

　　0引言

　　生物滤池污水处理技术基于微生物的自然降解能力，通过在特制的滤料层上培养形成生物膜，利用膜上附着的微生物群落对污水中的有机物、氮磷等污染物进行吸附、降解和转化，从而达到处理污水的目的。生物滤池不仅能够有效去除污水中的污染物，还能在一定程度上实现资源的循环利用。通过生物作用将氮磷等转化为植物可利用的形态，为后续的生态处理或农业灌溉提供便利。在处理低浓度的生活污水时，生物滤池展现出更高的处理效率和更好的经济性。此外，生物滤池能够通过优化滤料选择等手段，针对性地强化去除特定污染物的能力，如通过增加脱氮除磷的功能性填料，实现对氮磷的深度去除。在研究过程中，文献［1］将农村生活污水引入预处理设施，以去除较大的悬浮物和颗粒物。湿地植物能够吸收利用污水中的营养物质，同时微生物在湿地基质中降解有机物，实现污水的深度净化。但是，湿地植物在生长过程中可能受到病虫害的侵袭，这会影响植物的生长和污水的处理效率。文献［2］构建了以沸石为基质的曝气生物滤池反应器，通过曝气装置向反应器中提供适量的氧气，以维持微生物的活性。定期监测反应器的出水水质，以评估反应器的处理效果。由于沸石填料的阻力和反应器内部的水流摩擦，会产生较大的水头损失与堵塞。因此现阶段，以微生物-曝气生物滤池在污水处理中的应用为研究目标，结合实际情况进行分析测试。

　　1微生物-曝气生物滤池污水处理

　　1.1微生物-曝气生物滤池设计

　　在污水处理过程中，设计微生物-曝气生物滤池装置，通过反应器内滤料上附着的生物膜中的微生物的氧化和分解，对污水进行物理处理。由于滤料和微生物膜对污染物的吸附和截留作用，微生物还具有沿着水流方向形成的食物链进行消化的功能。此外，微生物膜内的微环境也起促进作用。通风式生物滤池通常由进水管、曝气系统等部分组成[3]。其中，滤料层是微生物附着和生长的主要场所，通风系统用于为微生物提供必要的氧气。反冲洗系统的目的是去除滤料上多余的微生物膜和悬浮颗粒，恢复滤池的处理能力。采用单级通风生物滤池，高度为40 cm，横截面直径为6 cm。内部填充直径2～3 mm、高15 cm的膨胀黏土填料。具体结构如图1所示：

　　该滤池采用蠕动泵连续供水。水在重力作用下向上流动，处理后的水从顶部向下流动。滤池底部有外部隔膜泵，为反应器中的微生物提供溶解氧。同时滤池还设有重复装置，必要时可通过蠕动泵进行回流。污水通过进水管进入配水通道，均匀分配至各滤池的进水通道。分配渠道的设计应确保污水在整个滤池横截面上均匀分配。

　　1.2解析生物膜中微生物群落结构

　　用于测试的生物膜（过滤材料）是从污水处理厂的曝气生物过滤器中收集的。将取出的过滤材料装入预先灭菌的锥形烧瓶中，并在5℃的培养箱中保存56 h。用蒸馏水清洗取出的滤材，用试剂勺刮去滤材表面的生物膜，并溶解在无菌水中。取1.5 mL生物膜样品并将其置于离心管中。收集沉淀并将其分配到离心管中。添加质量分数20%甘油并保留直至测量。使用DNA分离试剂棒提取所有DNA。在提取过程中，利用分子生物学方法分析生物膜中微生物群落的结构。在分析生物膜中微生物群落结构时，必须从样品中提取DNA。然而，除了代谢活跃的微生物种群外，生物膜还含有污染物，如内源代谢残留物、自氧化以及通过废水引入的难降解有机和无机物质。这些杂质中的腐殖质很容易干扰DNA检测，抑制DNA聚合酶活性，干扰限制性内切酶消化，从而降低转化效率和DNA杂交特异性。因此，选择有效去除污染物的DNA提取方法以提取生物膜中的所有DNA。准备污染物基因提取试剂棒，该试剂棒结合特异性结合DNA的旋转柱和用于提取细菌基因组DNA的独特缓冲系统。DNA提取后，-20℃保存备用。最后，用紫外分光光度计测量DNA。将样品DNA提取物稀释10倍后，测量250 nm处的吸光度值。DNA浓度和纯度计算公式为式（1）、式（2）：

       式中：c为DNA浓度；n为稀释倍数；p为DNA纯度；OD260为DNA溶液在260 nm波长下的吸光度值；OD250为DNA溶液在250 nm波长下的吸光度值。在测量DNA的纯度值时，值为2.1表示DNA的纯度比较高。如果该值低于2.1，则可能存在RNA或蛋白质污染。同时，比例越高，腐植酸含量越低。污水通过滤池底部的布水通道进入滤料层[4]。在过滤材料层中，污水与附着在过滤材料上的微生物膜接触。微生物利用污水中的有机物作为滋养来源生长繁殖并转化氨、氮等污染物[5]。曝气系统通过曝气管道向滤料层供给氧气，以支持微生物的有氧代谢活动。曝气管道的位置和数量应根据过滤器的处理能力和水质要求适当设计。

　　1.3反冲洗与再生

　　微生物曝气生物过滤器采用密度高于水的膨胀页岩或球形膨胀黏土作为过滤材料，实现自上而下的过滤。该技术还配备了曝气管，提供微生物所需的溶解氧。气水反冲洗系统位于曝气滤池底部。反冲洗过程中滤层的膨胀和滤料之间的摩擦实现SS（悬浮固体）和脱落生物膜的分离。此外，采用漂浮轻质膨胀黏土作为过滤材料，将废水从系统底部引导至顶部，无需安装滤板。通风管置于过滤层下方，有效防止通风孔堵塞。在反冲洗过程中，可以有效地利用空气和水。

　　反硝化生物滤池利用反硝化细菌将废水中的硝态氮分解为氮气，从而改善废水水质，维持废水水质指标[6]。关于反冲洗和再生，随着过滤的进行，过多的微生物膜和SS积聚在滤料表面，导致过滤器内的压力损失增加，此时需要反冲洗过滤器以去除堆积物。通常采用空气和水相结合的反冲洗。先单独用空气冲洗，然后空气和水混合，最后用水冲洗。反冲洗过程中，关闭进水阀和工艺空气阀，打开反洗排水阀和反冲洗气路。反冲洗水收集在过滤器底部的排水沟中，送至收集池进一步处理或处置。

　　2测试结果与分析

　　2.1工程概况

　　某污水处理厂其汇水面积覆盖26 km2，设计出水水质需达到一级标准。该项目单位工程造价为1 500元/m3，并预计年运转费用为3 500万元。该厂于2020年完成通污水调试。污水处理厂的进出水水质设计值如表1所示：

　　进出水水质监测点设置在除油沉砂池前部，去除粗格栅未能拦截的物质，以保护下游的除油沉砂单元。除油沉砂池的格栅间距为5 mm，安装角度为60°。细格栅的运行通过监测前后液位差，在规定时间内实现自动循环控制。

　　2.2结果与分析

　　设计测试验证微生物-曝气生物滤池对化学需氧量COD的去除效果，在1—7月份之间，统计COD进出水质量浓度情况，得到具体结果如图2所示：

　　由图2中结果可知，在进水COD值波动范围为80~150 mg/L的情况下，滤池对COD的去除效果始终保持在良好水平，出水COD值稳定控制在40 mg/L以下，低于一级排放标准。当进水COD值低于设计标准时，滤池出水水质依然稳定，表明具有较强的抗冲击负荷能力和良好的处理效果。去除率也相应提高，由于较高的有机负荷促进了滤池中微生物的活性，从而提高了处理效率。

　　设计测试验证微生物-曝气生物滤池对总磷（TP）的去除效果，在1—7月份之间，统计TP进出水浓度情况，得到具体结果如图3所示：

　　在试验期间，进水TP质量浓度波动范围在0.8~1.0 mg/L之间，而出水TP质量浓度则被有效地控制在0.6~0.9 mg/L之间。通过计算得到平均去除率为65%。由于去除率相对稳定，出水水质能够满足一级排放标准的要求。此外，在低温季节，曝气生物滤池对TP的去除效果依然稳定，出水TP平均质量浓度为0.8 mg/L。这些结果表明，生物滤池通过生物作用，实现对TP的有效去除，并且去除效果在不同的操作条件下均表现出良好的稳定性和可靠性。

　　3结语

　　本次研究从微生物-曝气生物滤池出发，深入分析污水处理的有关问题。通过在滤池中填充特殊的填料，使微生物膜得以生长，进而吸收并降解污水中的有机污染物。不仅能够去除悬浮固体、化学需氧量和生物需氧量等有害物质，还具备脱氮除磷的功能。此外，曝气生物滤池还具有抗冲击负荷等优势，具有更大的容积负荷，以及更低的运行费用。然而，在实际应用中使滤料的选择受到一定影响。因此，为充分发挥微生物-曝气生物滤池在污水处理中的潜力，需要持续进行研究和改进，不断完善其性能，以更好地实现污水处理效果，满足环境保护的需求。

　参考文献

　　[1]张恒熙，聂正鑫，刘燕青，等.模块化生物滤池-人工湿地对农村生活污水的处理[J].环境工程学报，2024，18（3）：686-695.

　　[2]章裕，黄林祥，汪晓军，等.中试沸石曝气生物滤池用于低氨氮污水亚硝化[J].环境科学学报，2024，44（1）：175-183.

　　[3]任武昂，曹锋锋，鞠恺，等.间歇曝气-内循环生物滤池效能及生物膜特性[J].中国环境科学，2022，42（2）：629-636.

　　[4]谢秀红，韩阳，黄美玉，等.无动力级联生物滤池对山区村镇生活污水的净化与微生物群落特征[J].应用与环境生物学报，2023，29（4）：843-852.

　　[5]陈佳慧，蔡德所，散剑娣，等.底泥陶粒曝气生物滤池处理生活污水的试验研究[J].金属矿山，2023（1）：276-282.

　　[6]马骏，李丹，张雪英，等.臭氧催化氧化联合曝气生物滤池工艺对炼化二级出水中污染物的去除效果[J].南京工业大学学报（自然科学版），2023，45（3）：323-332.