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摘要 [目的]研究反冲洗对污水土地好氧生物过滤系统的影响。[方法]在流量1.4 m3/d和曝气量1.8 m3/h的条件下，以海泊河污水厂初沉池出水为试验进水，系统19 d完成挂膜。在气冲强度13.9 L/（m2·s），水冲强度0.1 L/（m2·s）的条件下，研究系统不同反冲洗周期（4、8 d）和反冲洗时间（1、2、4、6 min）下进出水COD和氨氮含量。[结果]4 d周期反冲洗4、2、1 min对系统生物膜破坏较小，平均出水COD含量为76.0 mg/L，出水氨氮含量均在5 mg/L以下，维持系统连续运行28 d。在8 d反冲洗周期中，反冲洗1、2、4 min后平均出水COD含量为93.0 mg/L、氨氮含量为6.8 mg/L，与4 d周期时出水相比略高；反冲6 min后，系统生物膜受到一定程度的破坏，出水COD和氨氮分别上升至130.8和14.1 mg/L，系统恢复需要4 d。[结论]建议对类似系统4～8 d进行1次4 min的反冲洗，如果出现堵塞可进行6 min反冲洗。
关键词 污水土地处理；好氧生物过滤；反冲洗周期；反冲洗时间
中图分类号 S181 文献标识码 A 文章编号 0517-6611（2016）33-0057-04
Effect of Backflush on Sewage Land Aerobic Biological Filtration System
GUO Yi-ling， DU Ya-nan（School of Environmental and Municipal Engineering， Qingdao University of Technology， Qingdao， Shandong 266033）
Abstract [Objective] The aim was to study effects of backflush on sewage land aerobic biological filtration system. [Method] In the flow of 1.4 m3/d and aeration 1.8 m3/h， the water test conditions to primary sedimentation tank effluent of Haibohe wastewater treatment plant， biofilm had been completed for 19 days in the system， the effluent COD removal rate reached 80%. Under the condition that in air impact strength 13.9 L/（m2·s）， water impact strength 0.1 L/（m2·s）， we studied the removal efficiency of COD and NH+4-N of the system with different backflushing interval （4， 8 d） and backflushing time（1， 2， 4， 6 min）. [Result] The results showed that： under the conditions that backflushing interval 4 d and backflushing time（1， 2， 4 min）， the biofilm was less damged， the effluent average COD was 76 mg/L and NH+4-N was lower than 5 mg/L， the system could run for 28 days. Under the conditions that backflushing interval 8 d and （1， 2， 4 min）， the effluent average COD was 93.0 mg/L and NH+4-N was 6.8 mg/L， and the effluent was slightly higher than that of the 4 day period； in backflushing time 6 min， the system biofilm certain degree of damage， the effluent COD and NH+4-N increased to 130.8 mg/L and 14.1 mg/L， it should take 4 days to recover the system. [Conclusion] 4 min backflush is recommended for similar system 4-8 d， 6 min backflush should be carried out if there is a blockage.
Key words Wastewater land treatment； Aerobic biological filtration； Backflushing interval； Backflushing time
污水土地好氧生物過濾系统[1]是对传统污水土地处理系统的升级，通过强制曝气，利用土壤-微生物-植物生态系统的自我净化和调控机制，通过一系列的物理、化学和生物作用，使污水得到净化，并对污水中的氮、磷等资源加以利用的一种污水处理技术。与其他污水处理系统相比，其具有投资低、运行简便等优点，但由于土地好氧生物过滤系统运行过程中生物膜的过量增殖和老化，导致处理效率降低以及滤料对污水悬浮物的不断截留，从而使系统的水头损失增加，沟流现象加重[2]，出水效果变差，甚至会导致滤池堵塞、系统瘫痪[3-6]。因此，须通过定期反冲洗[7-8]维持系统的连续高效运行。然而，不恰当的反冲时间、强度和周期都会影响系统运转，反冲洗不足易使系统堵塞、生物膜腐化影响出水；反冲洗过度会使生物膜遭受破坏，影响出水水质。笔者以海泊河污水厂初沉池出水为进水，研究了土地好氧生物过滤系统反冲洗时间、强度和周期。 1 材料与方法
1.1 试验装置与材料
试验装置为升流式污水土地好氧生物过滤系统，填料为天然碎石，直径3～5 cm，高2.5 m，实际填料高度2.0 m，直径1.6 m，孔隙率50%，有效容积2 m3。进水管、曝气管平行布置在池体底端，进水管采用DN 20的PE管，在PE管斜向下45 °开10 mm的布水孔，间距为40 cm，共8个布水孔，呈“十”字形布置。曝气管和反冲洗管为同一管路采用DN 40的PE管，开12 mm孔作为布气孔，共80个，平均分布于3条平行的进气管上。试验装置如图1所示。
试验进水为青岛市海泊河污水厂初沉池出水，进水主要指标：化学需氧量（COD）为178.6～662.7 mg/L，氨氮含量28.45～110.09 mg/L，pH 7.17～8.31，溶解氧（DO）0.35～1.89 mg/L。进水采用澳滨WQD2-5-0.18型水泵，反冲风机百惠BHR80型风机。
1.2 运行条件
在该系统运行半年后总结出最佳运行条件：进水量1.4 m3/d，曝气量1.8 m3/h，停留时间34 h。周宝俊等[9]以粒径3～5 mm轻质滤料（EPS粒子）为填料，填料层高度为2 m，采用负压脉冲方式反冲洗，曝气生物滤池平均水力反冲洗强度可达到26.25 L/（m2·s），反冲洗时间为169 s进行了试验；凌霄等[8]以粒径3～6 mm的陶粒为填料，采用气冲4.88 L/（m2·s），水冲1.44 L/（m2·s），反冲洗时间为3、4、5 min的条件，取得较好的效果。笔者采用3～5 cm粒径的碎石为填料，参照前人研究，结合所选用的系统设备，设定气洗强度为13.90 L/（m2·s），水洗强度为0.14 L/（m2·s）（主要作用是将污泥排出，防止污泥下落过程中将进水口堵塞），反冲洗时间设为1、2、4、6 min。
1.3 试验方法 共设4个试验，设计见表1。反冲洗后排空系统内污水，排泥量大约为总污泥量的1/4，而后恢复系统的正常运行。反冲洗后2、4、6、8 d取进出水样，测定COD和氨氮含量。COD含量采用重铬酸钾法测定，氨氮含量采用钠氏试剂分光光度法测定。
2 结果与分析
2.1 系统挂膜试验
该系统运行是在2015年3月11日采用自然富集培养法进行挂膜启动，进水量1.4 m3/d，曝气量1.8 m3/h。取反应器表层，距池底2.0 m处滤料进行生物膜观察，取挂膜期（共19 d）第2、11、19天表层滤料进行观察，结果如图2所示。
生物膜挂膜过程可分为3个阶段：适应期、增长期、稳定期。在适应期，少量微生物附着于滤料表面，滤料表层无明显颜色变化；在增长期，微生物开始快速增长繁殖，不断向外扩散并逐渐连在一起形成菌胶团，该阶段异养菌在生物膜结构中生长速度较快并占主导地位，滤料表面生物膜颜色变为深黄色；进入稳定期，生物膜中各微生物种群数量及分布趋于稳定，逐渐形成相对平衡的生态菌落，滤料表层生物膜厚度明显增加且颜色变为浅褐色。
在第14、第17和第19天分别取样测定，结果见表2。
由表2可知，在進水COD含量为256.1～482.0 mg/L，容积负荷为0.14 kg/（m3·d），温度为12.3～18.5 ℃的条件下，系统对COD的处理效果较为稳定，去除率为58%～83%。如图2所示，滤料表面覆盖有较明显完整的生物膜厚度，根据江萍等[10]的挂膜成功标准是CODCr去除率达到70%的研究结果，可以判定系统在运行19 d后挂膜成功。
2.2 反冲洗周期确定试验
土地好氧生物过滤系统的反冲洗周期受2个因素的影响：一是滤料的性质，由于该试验采用碎石为滤料，孔隙率为50%，且孔隙空间较大，对污染物的容纳量较传统人造悬浮小颗粒滤料有明显优势；二是进水悬浮物浓度及生物膜生长特性也将影响系统反冲洗周期，进水悬浮物浓度过高、生物膜生长老化速度快，滤料易堵塞，反冲洗周期将会缩短。
从图3可以看出，随着系统运行时间的延长，进出水口的水头损失不断增加，出水COD含量也随之增大。在反应器运行前3 d，水头损失没有明显增加，为0.7 m。在运行第4天，水头损失增加到0.9 m。当系统运行至第8天，出水水头损失增加至1.3 m，较初期上升了86%。在第10天水头损失达1.6 m。这说明在系统运行到第8天时，反应器保持对污染物的截留作用，但已开始接近饱和状态，随着系统继续运行，生物膜的老化脱落及悬浮物沉积，反应器已经开始堵塞并形成沟流现象。根据以上分析可知，土地好氧生物过滤系统的反冲洗周期为8 d内，在工程应用上，可针对具体的进水水质、出水COD含量及水头损失变化确定反冲洗周期。第4天水头损失上升，原因可能是系统内局部有堵塞现象，因此可以在第4天至第8天进行1次反冲洗，由此可以确定进行反冲洗的周期为4、8 d。
2.3 反冲洗4 d试验
2.3.1 对COD去除效果的影响。從图4可见，进水COD含量为180.1～487.7 mg/L，波动较大，出水COD含量为51.9～141.2 mg/L，平均出水COD含量为76.0 mg/L，水质波动对系统运行影响较小，验证了土地生物过滤系统具有较强的耐负荷冲击能力。在10月31日至11月16日，反冲洗4 min后，出水COD从141.0 mg/L迅速下降并稳定在50.0 mg/L左右，COD去除率在80.0%左右，最高达到87.0%；反冲洗2、1 min后，出水稳定与反冲前差别不大，有持续转好趋势。11月10日COD去除率较低，与近期持续降雨及进水COD较低有关；11月14出现了反冲洗后堵塞现象，这可能由于反冲洗后污泥未完全排出，污泥下落过程中再次附着于滤料上，从而造成堵塞。因此，要在排泥过程中注意该类现象的发生，适当延长排泥阶段的水冲时间。 11月18日出水COD含量较高，达到110.0 mg/L，这与进水COD含量较高有关。11月24日出水COD含量有所升高，这是由22日线路故障，系统停止运转，曝气停止，系统充氧不足所导致。11月28日系统出现堵塞现象，可能是该试验只进行了1、2、4 min的反冲洗，反冲洗时间较短，未完全对滤料进行反冲洗，下层滤料截滤的悬浮物并未完全被冲洗排放干净。较短的反冲洗时间，也减少了对系统微生物的影响，在试验期间COD平均去除率为77.0%，平均出水COD含量为76.0 mg/L，远优于二级排放标准。
2.3.2 对NH+4-N去除效果的影响。从图5可见，进水NH+4-N含量与进水COD含量的变化趋势几乎一致。试验期间，进水NH+4-N为28.5～93.3 mg/L，出水NH+4-N含量均在5.0 mg/L以下，达一级A的排放标准。反冲洗对NH+4-N处理效果的影响小于对COD处理效果的影响，原因可能是升流式好氧生物过滤系统对污水悬浮物的截滤作用和降解COD的异氧菌只集中在系统底部[11]（50 cm以下），而硝化细菌主要集中在系统中部（50～150 cm），反冲洗对系统底部的冲击要强于中上部，异养菌受到影响大于硝化细菌，又由于中上层滤料的生物膜在反冲洗后污泥下落过程中受到滤料的阻碍，重新附着于滤料表面，并未完全排出系统，保证了系统较低的污泥负荷，维持了系统的良好处理效果；且反冲洗后截滤作用会出现短时减弱，出水SS[12]会上升，出水悬浮物中含有COD和NH+4-N，测定COD含量时并未对水样进行预处理，而测定NH+4-N时，进行了絮凝过滤预处理。11月16日出水NH+4-N含量有所升高，达到4.6 mg/L，虽然污水停留时间延长，但是系统曝气受阻，DO不足，硝化过程受到一定程度的影响。在11月23日出水NH+4-N含量上升到4.4 mg/L，这是由于11月22日线路故障，系统停止运转，曝气停止，系统充氧不足所致。该试验虽然保持了系统的有效运转，但是4 d周期的反冲洗会排出大量污泥，而处理污泥及频繁的反冲会增加运行成本。
2.4 反冲洗8 d试验
系统重新启动成功后，于2016年4月1日至5月3日进行8 d周期的反冲洗，安排进行了反冲洗6、4、2、1 min的试验，运行期间平均进水COD和NH+4-N分别为428.0和79.0 mg/L，温度在15.8～21.3 ℃波动，平均温度为17.5 ℃，进水pH在7.17～8.29。其中4月25日出现系统堵塞現象，系统连续运行24 d。
2.4.1 对COD去除效果的影响。从图6可见，COD去除率波动较大，为69.0%～85.0%，平均出水COD含量为93.0 mg/L，高于4 d周期平均出水COD含量（76.0 mg/L），这主要与该试验是重新启动系统后进行的有关，系统内生物膜的稳定性和生物量均与试验③（正常运行半年系统后）有一定差距，但与大多数生物滤池系统相比效率较高，重启系统后生物膜活性迅速恢复，维持了系统的高效处理。4月1日反冲洗4 min后，出水COD含量从76.9 mg/L上升至4月3日的138.7 mg/L，但去除率变化不大，这是由于4月3日进水COD含量增加。随后出水COD含量逐渐下降，4月9日和17日分别反冲2和1 min并未对出水产生影响，这与试验③规律一致。在4月25日系统出现堵塞现象，故对系统进行6 min反冲洗，使系统恢复进水。4月27日出水COD含量升高，COD含量由74.5 mg/L升至130.8 mg/L，去除率有所下降，这说明反冲洗6 min对系统生物膜产生了一定程度的破坏，但系统恢复较快，在29日后出水恢复正常。对比试验④和试验③，不同反冲洗周期反冲洗4、2、1 min后的COD平均去除率分别为75.0%、78.0%、78.0%，变化不大，这是由于试验④在重新挂膜启动后硝化细菌恢复较慢，但去除率仍分别达到91.0%、90.0%、95.0%。
2.4.2 对NH+4-N去除效果的影响。从图7可见，NH+4-N的去除率较为稳定，在80.0%以上，较4 d周期时有降低；平均出水NH+4-N含量为6.4 mg/L，这是由于该系统运行时间较长，虽然系统重新启动挂膜，但硝化细菌有长达1～2 a的休眠期[13]，系统恢复较快。在4月1日至17日出水NH+4-N含量存在较大波动，但不是反冲洗所造成，而是由于进水NH+4-N维持在80.0 mg/L以上，硝化细菌繁殖世代周期较长，系统重新启动，系统硝化作用并未达到最优；4月17日至25日出水NH+4-N含量逐渐下降，为5.0 mg/L以下。4月27日NH+4-N含量上升至14.1 mg/L，但去除率有所下降，这说明反冲洗6 min对系统生物膜产生了一定程度的破坏，但系统恢复较快，在4月29日后出水恢复正常，因此，要根据系统运行情况控制好反冲洗6 min的周期。该试验的NH+4-N平均去除率比试验③略低，这是由于该试验在重新挂膜启动后硝化细菌恢复较慢，但去除率仍分别达91.0%、90.0%、95.0%。因此，8 d周期反冲洗较4 d周期反冲洗更加经济。但只进行4、2、1 min的反冲洗并不能完全使系统通畅，6 min反冲洗（反冲4 min没有通）可将污泥冲洗干净，使系统通畅，但对系统出水影响较大。
3 结论与建议
（1）该研究表明，土地好氧生物滤池挂膜进水平均COD含量为400 mg/L，容积负荷为0.14 kg/（m3·d），温度在12～19 ℃的条件下，19 d可以达到出水COD去除率80%左右，结合观察生物膜认定挂膜完成。在进水量1.4 m3/d、曝气量1.8 m3/h的条件下，以碎石为填料的升流式污水土地好氧生物滤池极易产生堵塞现象，系统水头损失随运行时间变化很快，8 d后水頭损失增加86.0%，达到1.3 m。因此，建议根据进水情况将反冲周期维持在8 d内。
（2）在反冲洗气洗强度为13.90 L/（m2·s），水洗强度为0.14 L/（m2·s）（主要作用是将污泥排出，防止污泥下落过程中将进水口堵塞）的条件下，进行4 d周期的反冲洗试验，反冲洗4、2、1 min对系统生物膜破坏较小，平均出水COD含量为76.0 mg/L，出水NH+4-N含量均在5.0 mg/L以下，维持系统连续运行28 d。在8 d反冲洗周期中，反冲洗1、2、4 min后出水平均COD含量为93.0 mg/L、NH+4-N为6.8 mg/L，与4 d周期时出水平均COD和NH+4-N分别为76.0、1.9 mg/L相比略高，但去除率相差不大。反冲6 min后，系统生物膜受到一定程度的破坏，出水COD和NH+4-N含量分别上升至130.8和14.2 mg/L，系统恢复需要4 d。 （3）通过反冲洗4 d周期和8 d周期試验，根据水头损失，结合现场运行情况，建议在进水量1.4 m3/d，曝气量1.8 m3/h，进水COD含量400 mg/L的土地好氧生物滤池采取反冲洗气洗强度为13.9 L/（m2·s）、水洗强度为0.1 L/（m2·s）的情况下，4～8 d进行1次4 min内的反冲洗，如果出现堵塞可进行6 min反冲洗。
参考文献
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关键词 污水土地处理；好氧生物过滤；反冲洗周期；反冲洗时间
中图分类号 S181 文献标识码 A 文章编号 0517-6611（2016）33-0057-04
Effect of Backflush on Sewage Land Aerobic Biological Filtration System
GUO Yi-ling， DU Ya-nan（School of Environmental and Municipal Engineering， Qingdao University of Technology， Qingdao， Shandong 266033）
Abstract [Objective] The aim was to study effects of backflush on sewage land aerobic biological filtration system. [Method] In the flow of 1.4 m3/d and aeration 1.8 m3/h， the water test conditions to primary sedimentation tank effluent of Haibohe wastewater treatment plant， biofilm had been completed for 19 days in the system， the effluent COD removal rate reached 80%. Under the condition that in air impact strength 13.9 L/（m2·s）， water impact strength 0.1 L/（m2·s）， we studied the removal efficiency of COD and NH+4-N of the system with different backflushing interval （4， 8 d） and backflushing time（1， 2， 4， 6 min）. [Result] The results showed that： under the conditions that backflushing interval 4 d and backflushing time（1， 2， 4 min）， the biofilm was less damged， the effluent average COD was 76 mg/L and NH+4-N was lower than 5 mg/L， the system could run for 28 days. Under the conditions that backflushing interval 8 d and （1， 2， 4 min）， the effluent average COD was 93.0 mg/L and NH+4-N was 6.8 mg/L， and the effluent was slightly higher than that of the 4 day period； in backflushing time 6 min， the system biofilm certain degree of damage， the effluent COD and NH+4-N increased to 130.8 mg/L and 14.1 mg/L， it should take 4 days to recover the system. [Conclusion] 4 min backflush is recommended for similar system 4-8 d， 6 min backflush should be carried out if there is a blockage.
Key words Wastewater land treatment； Aerobic biological filtration； Backflushing interval； Backflushing time
污水土地好氧生物過濾系统[1]是对传统污水土地处理系统的升级，通过强制曝气，利用土壤-微生物-植物生态系统的自我净化和调控机制，通过一系列的物理、化学和生物作用，使污水得到净化，并对污水中的氮、磷等资源加以利用的一种污水处理技术。与其他污水处理系统相比，其具有投资低、运行简便等优点，但由于土地好氧生物过滤系统运行过程中生物膜的过量增殖和老化，导致处理效率降低以及滤料对污水悬浮物的不断截留，从而使系统的水头损失增加，沟流现象加重[2]，出水效果变差，甚至会导致滤池堵塞、系统瘫痪[3-6]。因此，须通过定期反冲洗[7-8]维持系统的连续高效运行。然而，不恰当的反冲时间、强度和周期都会影响系统运转，反冲洗不足易使系统堵塞、生物膜腐化影响出水；反冲洗过度会使生物膜遭受破坏，影响出水水质。笔者以海泊河污水厂初沉池出水为进水，研究了土地好氧生物过滤系统反冲洗时间、强度和周期。 1 材料与方法
1.1 试验装置与材料
试验装置为升流式污水土地好氧生物过滤系统，填料为天然碎石，直径3～5 cm，高2.5 m，实际填料高度2.0 m，直径1.6 m，孔隙率50%，有效容积2 m3。进水管、曝气管平行布置在池体底端，进水管采用DN 20的PE管，在PE管斜向下45 °开10 mm的布水孔，间距为40 cm，共8个布水孔，呈“十”字形布置。曝气管和反冲洗管为同一管路采用DN 40的PE管，开12 mm孔作为布气孔，共80个，平均分布于3条平行的进气管上。试验装置如图1所示。
试验进水为青岛市海泊河污水厂初沉池出水，进水主要指标：化学需氧量（COD）为178.6～662.7 mg/L，氨氮含量28.45～110.09 mg/L，pH 7.17～8.31，溶解氧（DO）0.35～1.89 mg/L。进水采用澳滨WQD2-5-0.18型水泵，反冲风机百惠BHR80型风机。
1.2 运行条件
在该系统运行半年后总结出最佳运行条件：进水量1.4 m3/d，曝气量1.8 m3/h，停留时间34 h。周宝俊等[9]以粒径3～5 mm轻质滤料（EPS粒子）为填料，填料层高度为2 m，采用负压脉冲方式反冲洗，曝气生物滤池平均水力反冲洗强度可达到26.25 L/（m2·s），反冲洗时间为169 s进行了试验；凌霄等[8]以粒径3～6 mm的陶粒为填料，采用气冲4.88 L/（m2·s），水冲1.44 L/（m2·s），反冲洗时间为3、4、5 min的条件，取得较好的效果。笔者采用3～5 cm粒径的碎石为填料，参照前人研究，结合所选用的系统设备，设定气洗强度为13.90 L/（m2·s），水洗强度为0.14 L/（m2·s）（主要作用是将污泥排出，防止污泥下落过程中将进水口堵塞），反冲洗时间设为1、2、4、6 min。
1.3 试验方法 共设4个试验，设计见表1。反冲洗后排空系统内污水，排泥量大约为总污泥量的1/4，而后恢复系统的正常运行。反冲洗后2、4、6、8 d取进出水样，测定COD和氨氮含量。COD含量采用重铬酸钾法测定，氨氮含量采用钠氏试剂分光光度法测定。
2 结果与分析
2.1 系统挂膜试验
该系统运行是在2015年3月11日采用自然富集培养法进行挂膜启动，进水量1.4 m3/d，曝气量1.8 m3/h。取反应器表层，距池底2.0 m处滤料进行生物膜观察，取挂膜期（共19 d）第2、11、19天表层滤料进行观察，结果如图2所示。
生物膜挂膜过程可分为3个阶段：适应期、增长期、稳定期。在适应期，少量微生物附着于滤料表面，滤料表层无明显颜色变化；在增长期，微生物开始快速增长繁殖，不断向外扩散并逐渐连在一起形成菌胶团，该阶段异养菌在生物膜结构中生长速度较快并占主导地位，滤料表面生物膜颜色变为深黄色；进入稳定期，生物膜中各微生物种群数量及分布趋于稳定，逐渐形成相对平衡的生态菌落，滤料表层生物膜厚度明显增加且颜色变为浅褐色。
在第14、第17和第19天分别取样测定，结果见表2。
由表2可知，在進水COD含量为256.1～482.0 mg/L，容积负荷为0.14 kg/（m3·d），温度为12.3～18.5 ℃的条件下，系统对COD的处理效果较为稳定，去除率为58%～83%。如图2所示，滤料表面覆盖有较明显完整的生物膜厚度，根据江萍等[10]的挂膜成功标准是CODCr去除率达到70%的研究结果，可以判定系统在运行19 d后挂膜成功。
2.2 反冲洗周期确定试验
土地好氧生物过滤系统的反冲洗周期受2个因素的影响：一是滤料的性质，由于该试验采用碎石为滤料，孔隙率为50%，且孔隙空间较大，对污染物的容纳量较传统人造悬浮小颗粒滤料有明显优势；二是进水悬浮物浓度及生物膜生长特性也将影响系统反冲洗周期，进水悬浮物浓度过高、生物膜生长老化速度快，滤料易堵塞，反冲洗周期将会缩短。
从图3可以看出，随着系统运行时间的延长，进出水口的水头损失不断增加，出水COD含量也随之增大。在反应器运行前3 d，水头损失没有明显增加，为0.7 m。在运行第4天，水头损失增加到0.9 m。当系统运行至第8天，出水水头损失增加至1.3 m，较初期上升了86%。在第10天水头损失达1.6 m。这说明在系统运行到第8天时，反应器保持对污染物的截留作用，但已开始接近饱和状态，随着系统继续运行，生物膜的老化脱落及悬浮物沉积，反应器已经开始堵塞并形成沟流现象。根据以上分析可知，土地好氧生物过滤系统的反冲洗周期为8 d内，在工程应用上，可针对具体的进水水质、出水COD含量及水头损失变化确定反冲洗周期。第4天水头损失上升，原因可能是系统内局部有堵塞现象，因此可以在第4天至第8天进行1次反冲洗，由此可以确定进行反冲洗的周期为4、8 d。
2.3 反冲洗4 d试验
2.3.1 对COD去除效果的影响。從图4可见，进水COD含量为180.1～487.7 mg/L，波动较大，出水COD含量为51.9～141.2 mg/L，平均出水COD含量为76.0 mg/L，水质波动对系统运行影响较小，验证了土地生物过滤系统具有较强的耐负荷冲击能力。在10月31日至11月16日，反冲洗4 min后，出水COD从141.0 mg/L迅速下降并稳定在50.0 mg/L左右，COD去除率在80.0%左右，最高达到87.0%；反冲洗2、1 min后，出水稳定与反冲前差别不大，有持续转好趋势。11月10日COD去除率较低，与近期持续降雨及进水COD较低有关；11月14出现了反冲洗后堵塞现象，这可能由于反冲洗后污泥未完全排出，污泥下落过程中再次附着于滤料上，从而造成堵塞。因此，要在排泥过程中注意该类现象的发生，适当延长排泥阶段的水冲时间。 11月18日出水COD含量较高，达到110.0 mg/L，这与进水COD含量较高有关。11月24日出水COD含量有所升高，这是由22日线路故障，系统停止运转，曝气停止，系统充氧不足所导致。11月28日系统出现堵塞现象，可能是该试验只进行了1、2、4 min的反冲洗，反冲洗时间较短，未完全对滤料进行反冲洗，下层滤料截滤的悬浮物并未完全被冲洗排放干净。较短的反冲洗时间，也减少了对系统微生物的影响，在试验期间COD平均去除率为77.0%，平均出水COD含量为76.0 mg/L，远优于二级排放标准。
2.3.2 对NH+4-N去除效果的影响。从图5可见，进水NH+4-N含量与进水COD含量的变化趋势几乎一致。试验期间，进水NH+4-N为28.5～93.3 mg/L，出水NH+4-N含量均在5.0 mg/L以下，达一级A的排放标准。反冲洗对NH+4-N处理效果的影响小于对COD处理效果的影响，原因可能是升流式好氧生物过滤系统对污水悬浮物的截滤作用和降解COD的异氧菌只集中在系统底部[11]（50 cm以下），而硝化细菌主要集中在系统中部（50～150 cm），反冲洗对系统底部的冲击要强于中上部，异养菌受到影响大于硝化细菌，又由于中上层滤料的生物膜在反冲洗后污泥下落过程中受到滤料的阻碍，重新附着于滤料表面，并未完全排出系统，保证了系统较低的污泥负荷，维持了系统的良好处理效果；且反冲洗后截滤作用会出现短时减弱，出水SS[12]会上升，出水悬浮物中含有COD和NH+4-N，测定COD含量时并未对水样进行预处理，而测定NH+4-N时，进行了絮凝过滤预处理。11月16日出水NH+4-N含量有所升高，达到4.6 mg/L，虽然污水停留时间延长，但是系统曝气受阻，DO不足，硝化过程受到一定程度的影响。在11月23日出水NH+4-N含量上升到4.4 mg/L，这是由于11月22日线路故障，系统停止运转，曝气停止，系统充氧不足所致。该试验虽然保持了系统的有效运转，但是4 d周期的反冲洗会排出大量污泥，而处理污泥及频繁的反冲会增加运行成本。
2.4 反冲洗8 d试验
系统重新启动成功后，于2016年4月1日至5月3日进行8 d周期的反冲洗，安排进行了反冲洗6、4、2、1 min的试验，运行期间平均进水COD和NH+4-N分别为428.0和79.0 mg/L，温度在15.8～21.3 ℃波动，平均温度为17.5 ℃，进水pH在7.17～8.29。其中4月25日出现系统堵塞現象，系统连续运行24 d。
2.4.1 对COD去除效果的影响。从图6可见，COD去除率波动较大，为69.0%～85.0%，平均出水COD含量为93.0 mg/L，高于4 d周期平均出水COD含量（76.0 mg/L），这主要与该试验是重新启动系统后进行的有关，系统内生物膜的稳定性和生物量均与试验③（正常运行半年系统后）有一定差距，但与大多数生物滤池系统相比效率较高，重启系统后生物膜活性迅速恢复，维持了系统的高效处理。4月1日反冲洗4 min后，出水COD含量从76.9 mg/L上升至4月3日的138.7 mg/L，但去除率变化不大，这是由于4月3日进水COD含量增加。随后出水COD含量逐渐下降，4月9日和17日分别反冲2和1 min并未对出水产生影响，这与试验③规律一致。在4月25日系统出现堵塞现象，故对系统进行6 min反冲洗，使系统恢复进水。4月27日出水COD含量升高，COD含量由74.5 mg/L升至130.8 mg/L，去除率有所下降，这说明反冲洗6 min对系统生物膜产生了一定程度的破坏，但系统恢复较快，在29日后出水恢复正常。对比试验④和试验③，不同反冲洗周期反冲洗4、2、1 min后的COD平均去除率分别为75.0%、78.0%、78.0%，变化不大，这是由于试验④在重新挂膜启动后硝化细菌恢复较慢，但去除率仍分别达到91.0%、90.0%、95.0%。
2.4.2 对NH+4-N去除效果的影响。从图7可见，NH+4-N的去除率较为稳定，在80.0%以上，较4 d周期时有降低；平均出水NH+4-N含量为6.4 mg/L，这是由于该系统运行时间较长，虽然系统重新启动挂膜，但硝化细菌有长达1～2 a的休眠期[13]，系统恢复较快。在4月1日至17日出水NH+4-N含量存在较大波动，但不是反冲洗所造成，而是由于进水NH+4-N维持在80.0 mg/L以上，硝化细菌繁殖世代周期较长，系统重新启动，系统硝化作用并未达到最优；4月17日至25日出水NH+4-N含量逐渐下降，为5.0 mg/L以下。4月27日NH+4-N含量上升至14.1 mg/L，但去除率有所下降，这说明反冲洗6 min对系统生物膜产生了一定程度的破坏，但系统恢复较快，在4月29日后出水恢复正常，因此，要根据系统运行情况控制好反冲洗6 min的周期。该试验的NH+4-N平均去除率比试验③略低，这是由于该试验在重新挂膜启动后硝化细菌恢复较慢，但去除率仍分别达91.0%、90.0%、95.0%。因此，8 d周期反冲洗较4 d周期反冲洗更加经济。但只进行4、2、1 min的反冲洗并不能完全使系统通畅，6 min反冲洗（反冲4 min没有通）可将污泥冲洗干净，使系统通畅，但对系统出水影响较大。
3 结论与建议
（1）该研究表明，土地好氧生物滤池挂膜进水平均COD含量为400 mg/L，容积负荷为0.14 kg/（m3·d），温度在12～19 ℃的条件下，19 d可以达到出水COD去除率80%左右，结合观察生物膜认定挂膜完成。在进水量1.4 m3/d、曝气量1.8 m3/h的条件下，以碎石为填料的升流式污水土地好氧生物滤池极易产生堵塞现象，系统水头损失随运行时间变化很快，8 d后水頭损失增加86.0%，达到1.3 m。因此，建议根据进水情况将反冲周期维持在8 d内。
（2）在反冲洗气洗强度为13.90 L/（m2·s），水洗强度为0.14 L/（m2·s）（主要作用是将污泥排出，防止污泥下落过程中将进水口堵塞）的条件下，进行4 d周期的反冲洗试验，反冲洗4、2、1 min对系统生物膜破坏较小，平均出水COD含量为76.0 mg/L，出水NH+4-N含量均在5.0 mg/L以下，维持系统连续运行28 d。在8 d反冲洗周期中，反冲洗1、2、4 min后出水平均COD含量为93.0 mg/L、NH+4-N为6.8 mg/L，与4 d周期时出水平均COD和NH+4-N分别为76.0、1.9 mg/L相比略高，但去除率相差不大。反冲6 min后，系统生物膜受到一定程度的破坏，出水COD和NH+4-N含量分别上升至130.8和14.2 mg/L，系统恢复需要4 d。 （3）通过反冲洗4 d周期和8 d周期試验，根据水头损失，结合现场运行情况，建议在进水量1.4 m3/d，曝气量1.8 m3/h，进水COD含量400 mg/L的土地好氧生物滤池采取反冲洗气洗强度为13.9 L/（m2·s）、水洗强度为0.1 L/（m2·s）的情况下，4～8 d进行1次4 min内的反冲洗，如果出现堵塞可进行6 min反冲洗。
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