多层生物过滤器在去除原始橄榄榨汁厂废水、稀释后的废水以及经过预处理废水中的有机污染物和营养物质方面的效率评估

《Journal of Water Process Engineering》：Evaluation of the efficiency of multilayer biofilters for organic pollutants and nutrient removal from raw, diluted, and pretreated olive mill wastewater

评估多介质生物滤池对橄榄油废水处理效率，结合石灰预处理考察原水、稀释水（1:1民用污水）及预处理水处理效果，结果显示 diluted OMW 滤柱总COD去除62.75%、溶解性COD去除78.61%、酚类64.82%，营养物去除率均超59%，pH接近中性，电导率上升。处理后废水可农业回用但需控制盐分及有机负荷。

　　本研究聚焦于橄榄加工厂废水（OMW）的处理技术，旨在评估多层生物过滤系统在去除原始、稀释及预处理OMW中的有机物和营养物质方面的效率。OMW作为一种高有机负荷和高毒性化合物的工业废水，对环境构成了显著的挑战。其主要成分包括高浓度的多酚、有机物和悬浮固体，这些物质不仅难以生物降解，还可能导致土壤退化、水体污染和水生生态系统的破坏。因此，探索一种高效、可持续且经济的处理方法显得尤为重要。

实验采用了一种基于沙子的多层生物过滤系统，结合了物理过滤、化学吸附和生物降解等多种去除机制。实验共设置了四根PVC柱，其中第一根作为对照组，仅填充沙子并使用原始OMW作为进水。其余三根则填充了由70%沙子、20%牡蛎壳和10%木屑组成的多层生物过滤材料。这些柱子分别被输入原始OMW、与生活污水以1:1比例稀释的OMW以及通过石灰进行预处理的OMW。实验过程中，水流通过这些柱子进行渗透，从而实现污染物的去除。

结果显示，所有柱子的出水pH值和电导率均有所上升。这可能是因为沙子和牡蛎壳等过滤材料在处理过程中发生了化学反应，释放出碱性物质，从而提高了pH值。同时，随着水的渗透，水中的离子浓度增加，导致电导率上升。这一现象在处理不同类型的OMW时表现得尤为明显，尤其是在处理稀释后的OMW时，电导率的增加幅度更大。值得注意的是，对于总化学需氧量（COD）的去除效果，稀释后的OMW处理柱表现出最高的去除率，达到了62.75%。相比之下，原始OMW处理柱的去除率较低，仅为51.34%。这表明稀释处理能够有效提高OMW的可处理性，使其更易于通过物理和化学手段去除有机物。

在溶解性COD的去除方面，对照组（仅沙子）的去除率高达67.84%，而原始OMW处理柱的去除率为51.34%，稀释OMW处理柱则达到了78.61%的去除率，预处理OMW处理柱的去除率为51.08%。这一结果表明，即使在没有化学预处理的情况下，仅通过物理过滤也能实现较高的溶解性COD去除效果，尤其是在处理稀释后的OMW时。这可能是因为稀释后的OMW中有机物的浓度较低，使得物理过滤过程中的拦截和吸附作用更为显著。

在酚类化合物的去除方面，稀释OMW处理柱表现出最佳效果，其去除率达到了64.82%。这一结果与对照组和原始OMW处理柱的去除率相比，显示出多层生物过滤系统在去除难降解的酚类化合物方面的优势。牡蛎壳和木屑等材料可能通过其丰富的比表面积和多孔结构，提供了更多的吸附位点，从而提高了酚类化合物的去除效率。

在营养物质的去除方面，研究显示了显著的效果。例如，正磷酸盐（PO?3?）的去除率在对照组中达到了58.83%，在原始OMW处理柱中为47.97%，在稀释OMW处理柱中为59.44%。总磷（TP）的去除率在对照组中为62.28%，在原始OMW处理柱中为50.96%，在稀释OMW处理柱中为59.74%。铵（NH??）的去除率在对照组中为35.12%，在原始OMW处理柱中为40.07%，在稀释OMW处理柱中为49.67%。这些数据表明，无论是否进行化学预处理，多层生物过滤系统都能有效去除OMW中的营养物质。这可能是因为沙子和牡蛎壳等材料不仅能够物理拦截污染物，还能通过化学吸附和生物降解作用进一步去除这些物质。

实验结果还表明，处理后的OMW在某些条件下可以用于农业灌溉，尤其是在受限灌溉应用中。然而，需要注意的是，处理后的水中残留的盐分和有机负荷可能会对土壤质量和植物生长产生不利影响。因此，在实际应用中，必须对处理后的水质进行严格监测，确保其符合农业灌溉的标准。

在实验方法上，研究采用了多层生物过滤系统，这一系统结合了多种材料，以提高处理效率。沙子作为主要的过滤介质，具有良好的物理过滤和化学吸附性能。牡蛎壳作为一种天然的碱性材料，能够中和OMW中的酸性物质，提高pH值，同时提供吸附位点以去除部分污染物。木屑则因其多孔结构和较高的比表面积，能够有效吸附有机物和部分无机物。这种多层结构的设计不仅提高了污染物的去除效率，还增加了系统的处理容量，减少了堵塞的可能性。

此外，研究还强调了预处理步骤的重要性。通过石灰进行预处理，能够有效去除OMW中的部分悬浮固体和部分有机物，从而减轻后续生物过滤系统的负担。然而，预处理过程本身可能带来一定的成本和操作复杂性，因此需要在处理效果和经济性之间找到平衡点。

从实际应用的角度来看，多层生物过滤系统为OMW的处理提供了一种可行的解决方案。该系统不仅能够有效去除有机物和营养物质，还能在一定程度上改善水质，使其适用于农业灌溉。然而，为了进一步提高处理效果和系统稳定性，未来的研究可以探索更高效的过滤材料组合，以及优化处理流程，例如通过调整过滤层的厚度和比例，或引入其他预处理步骤，如混凝-絮凝、活性炭吸附等，以提高系统的整体性能。

研究还指出，目前关于OMW处理的多层生物过滤系统的研究相对较少，尤其是在预处理和生物过滤结合的方面。因此，未来的研究可以进一步探讨不同预处理方法对多层生物过滤系统性能的影响，以及如何在不同季节和不同水质条件下优化处理效果。此外，随着环保意识的提高和水资源的日益紧张，OMW的处理和再利用显得尤为重要。通过开发高效的处理技术，不仅可以减少环境污染，还能实现资源的循环利用，为可持续发展提供支持。

在实验过程中，研究人员对多种理化参数进行了监测，包括pH值、电导率、总和溶解性COD、酚类化合物、总磷、正磷酸盐、铵和硝酸盐等。这些参数的监测有助于全面评估处理系统的性能，并为后续的优化提供数据支持。例如，pH值的变化可以反映过滤过程中化学反应的发生，而电导率的变化则可能与离子交换和吸附过程有关。总和溶解性COD的去除率则直接关系到水体的有机负荷，而酚类化合物的去除率则反映了系统对难降解污染物的处理能力。

综上所述，本研究通过实验验证了多层生物过滤系统在处理OMW方面的有效性。实验结果表明，该系统能够显著提高有机物和营养物质的去除效率，尤其是在处理稀释后的OMW时表现更为突出。同时，研究还强调了预处理步骤的重要性，以及如何通过优化过滤材料的组合和结构来提高系统的处理能力和稳定性。这些发现为OMW的处理和再利用提供了科学依据，并为未来相关研究和工程应用奠定了基础。