1、材料与方法
1.1 试验装置及流程示意
本实验采用透明的有机玻璃柱作为实验滤柱，柱子直径为100mm，滤柱的高度为2500mm，滤料(陶粒，密度为1.09x103kg/m3)填充高度为1600mm，沿着滤柱高度每300mm设有一个取样口，采用气水同向升流式过滤方式。实验装置见图1，配套设备仪器见表1。
1.2 试验装置介绍
本试验采用升流式曝气生物滤池(UBAF)工艺，即进水与空气同向上流。高位水箱中的污水由提升泵经流量计打入曝气生物滤池的底部，与鼓风机供应的空气在滤池底部混合，空气量由转子流量计控制，鼓风机的运行时间由循环时间继电器控制。气水混合液经承托层均匀分配后，流经填料层，经填料上生物膜微生物的生化作用、填料的机械截留等作用，废水得到净化，在清水层稳定后，排出反应器。沿填料层高度每隔30rm设置一个取样口，测定经各段滤层处理后的出水水质。滤池反冲洗用水采用实验室自来水；反冲洗用气由空压机提供，空气量由转子流量计控制。
1.3 试验用水
实验用水采用沈阳市红十字医院综合污水，水质见表2：
2、实验目的
由于曝气生物滤池填料层上微生物的种类和数量沿着滤层深度的不同而发生变化，从而影响着反应器填料层不同高度处的工作性能。
本试验通过研究曝气生物滤池中污染物的沿程去除情况及不同水力负荷下对污染物去除的影响，通过试验确定适宜的进水负荷及滤池填料高度，对于降低工艺成本具有重要意义。
3、实验内容
3.1 污染物沿滤床深度去除效果
由于生化反应速率与有机物浓度相关，而滤床不同深度处由于微生物的数量、种类不同导致滤床不同深度处的有机物浓度不同，自下而上递减；因此，各层滤床有机物去除率也不同。
3.1.1 CODcr沿滤床深度去除效果
曝气生物滤池对有机物（CODcr有较好的去除效果，对其平均去除率为67.6%，出水COD基本保持在21mg/L左右，图2是CODcr沿滤层尚度的去除情况。
由图2可见：曝气生物滤池对有机污染物(CODcr)的去除作用主要发生在进水端以后900mm范围内，在这段滤层内，反应器对有机物的去除率为57.2%，占总去除率的84.6%。因为在该区域内由于污水中有机物浓度高，溶解氧充足，占有绝对优势的好氧异养菌繁殖速率高、新陈代谢作用旺盛，生物膜量较多，对污染物的生物降解作用非常快，再加上该段是SS的主要截获区，SS的截获也提尚了COD的去除率；而在后600mm滤层内，对有机物的去除率仅占总去除率的15.4%。因为随着污水进入滤料深层，污水中可生物降解的有机物质逐渐减少，异养菌因营养缺乏而减少，底物浓度成为反应速率的限制因素。而同时由于微生物的生长和繁殖同环境因素息息相关，随着有机物浓度的降低，微生物也从低级趋向高级，种类逐渐增多，生物膜量从多到少。所以当滤床各层的进水水质互不相同，各层生物膜的微生物就不相同，处理污水的功能也随之不同。当有机物浓度继续降低，在供氧充分及碱度充足的情况下，硝化菌成为优势菌种。
另外，从图中可以看出各层滤床有机物去除率不同，有机物的去除率沿池深方向呈指数下降。这是因为生化反应速率与有机物浓度相关，而滤床不同深度处的有机物浓度不同，自下而上呈指数递减的结果。
3.1.2 NH4+-N沿滤床高度去除效果
由于曝气生物滤池的水力停留时间长，适合世代时间较长的硝化菌的生长，所以曝气生物滤池在去除有机物的同时对NH4+-N也有较好的去除效果，对其平均去除率为83.4%，出水NH4+-N基本保持在lmg/L左右，图3是NH4+-N沿滤层高度的去除情况。
由图3可见：
（1)在进水端前600mm内氨氮的去除率较低，只有20%，这是因为在进水端前600mm内由于有机物浓度比较高，造成碳化异养菌优势的生长环境代谢，这样异养菌就会首先利用水中的氧，在营养物质较为丰富的条件下大量繁殖，同时由于生物膜的增厚也阻碍了氧向生物膜的传递，而硝化菌是一种严格的好氧细菌，当水中溶解氧不足或氧透过膜到达硝化菌表面的传递速度下降时，硝化菌吸取水中溶解氧的能力比异养菌要差，这些都限制了硝化菌的生长繁殖，从而使得生物膜中硝化自养菌浓度偏小，硝化反应受到影响，从而对氨氮的去除有明显的抑制作用，表现为滤池对氨氮具有较低的去除率。
(2)在滤层600mm~1200mm段，对NH4+-N去除率达到77.4%(占总去除率的92.8%)，成为氨氮去除的主要区域。这是因为在该段区域内，有机物的浓度较低，在水中的氧较充分条件下，自养硝化菌和异养菌发生竞争时，硝化菌占优势，硝化菌的生长、繁殖速度加快，代谢能力增强，从而在该段硝化菌成为优势菌种，表现为滤层对氨氮具有很高的去除率。
(3)在滤层的后300mm内，对NH4+-N去除率增长仅为9.8%。这是因为硝化细菌有较强的硝化能力，世代时间长，一旦形成稳定的硝化状态后，进入滤池中的氨氮会在短时间内能被硝化细菌吸附、分解和氧化。因为在滤层600mm~1200mm段已形成稳定的硝化状态，所以在后300mm段，氨氮去除率增加有限。
3.2 水力负荷对曝气生物滤池沿程去除污染物的影响
水力负荷直接影响曝气生物滤池的水力停留时间，而水力停留时间又决定了污染物的去除率。
在水力负荷较小时，曝气生物滤池对水中污染物的去除基本集中在滤层的前半部分(进水端)，滤层的后半部分(出水端)的去除能力并未发挥出来，在水力负荷较大时，曝气生物滤池又不能达到脱氮的，因此选择合适的水力负荷，有利于充分发挥滤池的去污脱氮功能。
3.2.1 沿滤层高度水力负荷对有机物去除效果的影响
水力负荷对曝气生物滤池沿程去除率的分布有一定的影响，不问的水力负荷决定了有机物在曝气生物滤池的不同高度被去除，在不同的水力负荷时沿滤层高度有不同的去除率，图4是滤池沿滤层不同商度对有机物的去除率。
从图4中可以看出：当水力负荷为1m3/m2•h时，在滤床深度600mm处，前半部对有机物的去除率达到54.5%(占总去除率的80%)，后半部对有机物的去除率为14.7%(占总去除率的20%)；当水力负荷为2m3/m2•h时，在滤床深度900mm处，前半部对有机物的去除率达到58%(占总去除率的85%)，后半部对有机物的去除率为10%(占总去除率的15%)；当水力负荷超过4m3/m2•h时，滤池对有机物的去除率明显下降，水力负荷为6m3/m2•h时，对有机物的去除主要集中在前1200mm，达到48.3%，占总去除率的91%；而水力负荷为9和11m3/m2•h时，滤池对有机物的去除率基本呈线性关系，去除率降到52.8%和45.5%。
综上可知：水力负荷对曝气生物滤池沿程去除率的分布有一定的影响，在低水力负荷时，对总的去除率影响不大，这是因为：在低水力负荷条件下，水中可被微生物利用的有机物沿水流方向不断被微生物分解、吸收和利用，到达上半部后，由于水中营养物质大部分在下半部分被分解氧化，水中营养不足，满足不了微生物对营养的要求，从而不能形成对有机物有较强降解能力的菌胶团；当水力负荷提高后，在单位时间内进入曝气生物滤池内的有机物量增加，停留时间缩短，水中更多的营养物质就能到达上半部分，使上半部分的微生物能在一定程度上增殖，这样曝气生物滤池内的生物量增加，利用率提高。因此，尽管水力负荷提高，停留时间缩短，但在一定的水力负荷范围内，对有机物的去除效果并没有受到很大的影响，体现出曝气生物滤池具有较好的耐冲击负荷能力。而在更高水力负荷条件下，由于停留时间过短，水中营养物质没能被微生物及时分解就已排放，导致了去除率的下降。
3.2.2 沿滤层高度水力负荷对NH4+-N去除效果的影响
在进水COD、NH4+-N、pH值、温度一定时，水力负荷直接影响曝气生物滤池对NH4+-N的去除率，水力负荷对NH4+-N的去除率沿滤层高度的影响见图5。
由图5可见：水力负荷在一定的范围(1〜6m3/m2•h)内对NH4+-N的去除率没有什么影响，沿滤层高度分布也没有多大的变化。这是因为硝化细菌有较强的硝化能力，世代时间长，一旦形成稳定的硝化状态后，进入曝气生物滤池中的NH4+-N在短时i司内能被硝化细菌吸附、分解和氧化；当水力负荷再增大时，因为COD负荷也同时增大，滤层的大部分为好氧异养菌，抑制了硝化细菌的生长，致使NH4+-N不能被及时去除。
3.3 结论
(1)曝气生物滤池对各污染物的去除沿滤层高度呈现出不同的特点。有机物CODcr的去除，主要发生在滤层的前半部分(即距进水端900mm段)。在该段反应器对CODcr去除率为57.2%，占总去除率的84.6%。NH4+-N的主要去除主要在600mm~1200mm段。在该段反应器对NH4+-N的去除率达到77.4%，占总去除率的92.8%。
(2)水力负荷在一定范围内，对污染物沿程去除率的分布有影响。当水力负荷为1~6m3/m2•h时，滤池对有机物有较高的去除率；当水力负荷超过6m3/m2•h时，滤池对有机物的去除效果明显下降，在水力负荷为11m3/m2•h时，去除率下降到45.5%。水力负荷在一定的范围(1~6m3/m2•h)内对NH4+-N的去除率没有什么影响，去除率达到91%；当水力负荷超过6m3/m2•h时，滤池对NH4+-N的去除效果很差。（来源：大连大禹水处理技术有限公司）
