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簡(jiǎn)述農(nóng)村生活污水膜處理工藝流程

發(fā)布日期:2018-02-08        訪問(wèn)次數(shù):3175

農(nóng)村污水高氮磷特點(diǎn),對(duì)河流湖泊等受納水體造成嚴(yán)重污染,使其成為中國(guó)面源污染的主要污染源之一。解決農(nóng)村水污染問(wèn)題已引起水處理學(xué)者們的普遍關(guān)注,隨著市政和工業(yè)污水處理技術(shù)的快速發(fā)展,中國(guó)城市污水的處理能力和效果得到*,使這種關(guān)注更加普遍。

 

村莊分散,排水設(shè)施落后,給農(nóng)村污水的集中處理帶來(lái)了困難,導(dǎo)致農(nóng)村污水處理必然采用因地制宜,就地處理模式。當(dāng)今世界性的水危機(jī),使污水處理與利用結(jié)合的更加緊密,許多國(guó)家和地區(qū)依據(jù)自身開(kāi)發(fā)出農(nóng)村生活污水處理工藝,一些工藝作為*性的處理方式延續(xù)至今,例如,日本的“生物凈化槽”,美國(guó)的“分散處理系統(tǒng)”,澳大利亞的“菲爾托”,還有一體化集成凈化裝置、人工濕地和土地處理系統(tǒng)等都得到了廣泛的應(yīng)用。

 

中國(guó)農(nóng)村生活污水處理與利用正處在起步階段,村莊分散、人口不集中等問(wèn)題給處理工藝提出了新的要求,又因?yàn)檗r(nóng)村污水量小、分散、日變化系數(shù)大給收集和利用帶來(lái)一定的困難,使分散處理與直接利用成為農(nóng)村污水處理技術(shù)的主要研究方向[8-12]。新農(nóng)村建設(shè)在濱海地區(qū)加快進(jìn)行,使水資源的供需矛盾更加突出,處理后的農(nóng)村生活污水不僅僅作為農(nóng)業(yè)灌溉,逐步應(yīng)用于水產(chǎn)養(yǎng)殖,村莊綠化,景觀水體等多領(lǐng)域,尤其是補(bǔ)充景觀水體和河道成為現(xiàn)階段新農(nóng)村再生水資源利用的主要方面,這也對(duì)進(jìn)入環(huán)境的再生水中的營(yíng)養(yǎng)鹽提出了更高的要求。

 

根據(jù)農(nóng)村污水排放特點(diǎn),在間歇曝氣連續(xù)回流工藝基礎(chǔ)上,開(kāi)發(fā)了兩級(jí)交替回流連續(xù)曝氣生物膜新工藝。污水經(jīng)一次提升后以自流的方式依次完成后續(xù)工藝流程,耗能低。厭氧段只進(jìn)行到水解酸化階段,在二次沉淀池和循環(huán)水池中分別設(shè)置污泥回流泵和循環(huán)水泵,污泥回流泵提高了厭氧池和接觸氧化池內(nèi)的混合液污泥濃度(mixed liquid suspended solids),延長(zhǎng)污泥齡為反硝化過(guò)程提供硝酸鹽以提高脫氮效率,排泥設(shè)在厭氧段末端,減小排泥量延長(zhǎng)排泥周期,循環(huán)水泵保證了間歇進(jìn)水系統(tǒng)的連續(xù)處理能力。在進(jìn)一步控制有機(jī)物和營(yíng)養(yǎng)鹽的環(huán)境進(jìn)入量同時(shí),有效控制了投資成本,運(yùn)行、維護(hù)費(fèi)用,簡(jiǎn)化操作程序,筆者以實(shí)際運(yùn)行的污水處理站為研究對(duì)象,重點(diǎn)探討了間歇性進(jìn)水,低碳氮比條件下,系統(tǒng)對(duì)有機(jī)物和氮、磷的去除效果。

 

1 材料與方法

 

1.1 工藝流程

 

本處理系統(tǒng)由集水調(diào)節(jié)池、厭氧水解池、接觸氧化池、二次沉淀池、循環(huán)水池和風(fēng)機(jī)房構(gòu)成,構(gòu)筑物總有效容積270 m3,其中集水調(diào)節(jié)池18 m3,厭氧水解池207 m3和接觸氧化池24 m3,二次沉淀池14 m3,出水循環(huán)池7 m3。其中,厭氧水解池兼具缺氧反硝化脫氮功能,與接觸氧化池容積比約8.6∶1。整個(gè)生化反應(yīng)區(qū)組合填料填充深度為1.0 m,其中厭氧水解段填充率為60%,水力負(fù)荷為0.48 m3/(m3·d);接觸氧化段填充率為75%,水力負(fù)荷為4.17 m3/(m3·d)。系統(tǒng)設(shè)計(jì)處理能力100 m3/d,運(yùn)行期間實(shí)際進(jìn)水量為90 t/d,進(jìn)水方式為液位自動(dòng)控制波段式進(jìn)水,經(jīng)實(shí)際運(yùn)行監(jiān)測(cè),進(jìn)水泵日工作時(shí)間約8 h,主要集中在早、中、晚3 個(gè)時(shí)段,其中早間集中工作2~3 h,午間集中工作1~2 h,晚間集中工作3~5 h,曝氣方式為三葉羅茨風(fēng)機(jī)連續(xù)鼓風(fēng),2 臺(tái)風(fēng)機(jī)交替工作,污泥回流泵為每4 h工作15 min,循環(huán)水泵保證系統(tǒng)在無(wú)進(jìn)水和污泥回流情況下的正常水力推流,系統(tǒng)回流比為2∶1。

 

工藝流程見(jiàn)圖 1,本污水處理站位于天津市寧河縣大北澗沽村,服務(wù)290 余戶,約1 100 人。該村2010 年完成集中污水收集管網(wǎng)建設(shè),并在檢查井內(nèi)安放清淤井和攔污網(wǎng),所以污水處理站未設(shè)初沉池。同時(shí)該村地勢(shì)低洼,存在雨污合流現(xiàn)象,故集水池又兼顧泄洪功能。該項(xiàng)目于2011 年5 月進(jìn)行了設(shè)備運(yùn)行調(diào)試,并于6 月開(kāi)始監(jiān)測(cè)分析處理效果。

1.2 試驗(yàn)水質(zhì)與采樣

 

系統(tǒng)于2011 年5 月底完成設(shè)備運(yùn)行調(diào)試,在調(diào)試過(guò)程中系統(tǒng)一直以交替回流連續(xù)曝氣的方式運(yùn)行。從2011 年6 月開(kāi)始,分別在月初和月中(1號(hào)、16 號(hào))采集水樣,連續(xù)采集12 個(gè)月,進(jìn)水水質(zhì)見(jiàn)表1。

 

注:CODcr、BOD5、NH3-N、TN、TP 和SS 分別為:化學(xué)需氧量、五日生化需氧量、氨氮、總氮、總磷和固體懸浮物。

 

1.3 測(cè)定項(xiàng)目及方法

 

水質(zhì)分析方法采用《水和廢水監(jiān)測(cè)分析方法》[20],其中CODcr:重鉻酸鉀法;BOD5:稀釋與接種法;SS:烘干稱重法;NH3-N:瑞典 Foss Flastaar 5000全自動(dòng)流動(dòng)注射分析儀;pH 值:pH-HJ90B 型酸度劑;TP:鉬酸銨分光光度法;TN:德國(guó)Analytikjena公司multi N/2100S。

 

2 結(jié)果與討論

 

對(duì)該反應(yīng)裝置進(jìn)行了為期12 個(gè)月的運(yùn)行監(jiān)測(cè),通過(guò)COD、BOD、NH3-N、TN、TP 和SS6 項(xiàng)指標(biāo)的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù),對(duì)其運(yùn)行規(guī)律和可能影響其運(yùn)行效果的因素進(jìn)行了分析。

 

2.1 對(duì)有機(jī)物的去除效果

 

系統(tǒng)對(duì)有機(jī)污染物的去除效果如圖2a、2b 所示。運(yùn)行期間COD 平均去除率為75.7%,出水COD平均質(zhì)量濃度為51.0 mg/L,BOD 平均去除率為84.8%,出水BOD 平均質(zhì)量濃度為15.8 mg/L。二級(jí)交替回流連續(xù)曝氣生物膜技術(shù)較間歇曝氣連續(xù)回流工藝對(duì)有機(jī)物的去除效果更加穩(wěn)定,去除能力有所增強(qiáng)(間歇曝氣連續(xù)回流工藝COD、BOD 去除率分別為74.8%和83%)。分析原因,主要是厭氧控制在水解酸化階段,為接觸氧化提供了大量可直接利用碳源和氮源,加快了生化反應(yīng)進(jìn)程,從數(shù)據(jù)上可以看出污水中的85%有機(jī)物均可被生物分解利用。其次,厭氧水解段填充了大量組合填料,并與泥水循環(huán)系統(tǒng)協(xié)同作用,不僅填料上附著大量的腐解微生物,污水中也夾雜著大量的回流污泥,使固定化生物膜法和活性污泥法同時(shí)存在系統(tǒng)中,的發(fā)揮了系統(tǒng)對(duì)有機(jī)物的截流與降解能力,同時(shí),也為好氧脫碳提供了有利條件。整個(gè)運(yùn)行期間,BOD 的平均去除率高于COD,同時(shí)BOD 的去除率波動(dòng)范圍較小,也顯示出了兩級(jí)交替回流連續(xù)曝氣生物膜工藝提高了生物膜抗沖擊能力,氣溫的驟然變化對(duì)本系統(tǒng)有一定的影響,冬季低溫降低了生物膜上微生物活性。對(duì)低碳氮比農(nóng)村生活污水中有機(jī)物的去除效果表明,改進(jìn)后工藝對(duì)進(jìn)水負(fù)荷和冬季低溫環(huán)境有較強(qiáng)的適應(yīng)能力,但仍要加強(qiáng)氣候條件下的運(yùn)行可靠性。

2.2 對(duì)NH3-N、TN 的去除效果

 

活性污泥反應(yīng)系統(tǒng)中氮循環(huán)的傳統(tǒng)理論認(rèn)為,生活污水中氮的主要存在形式——有機(jī)氮,將首先被氨化菌分解成氨態(tài)氮,此過(guò)程需要有機(jī)物作為碳源和能量來(lái)源;之后在一系列自養(yǎng)的硝化細(xì)菌作用下,氨態(tài)氮進(jìn)一步氧化分解為亞硝酸氮和硝酸氮。而氮的真正去除則依賴接下來(lái)的反硝化過(guò)程,反硝化細(xì)菌以硝酸氮和亞硝酸氮為電子受體,在無(wú)氧的條件下利用有機(jī)物作為能量來(lái)源將硝酸氮和亞硝酸氮還原為氣態(tài)氮(N2)排出系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)氮的脫除。

 

進(jìn)水中含有大量有機(jī)碳,系統(tǒng)調(diào)試后,厭氧水解池前段形成一個(gè)缺氧區(qū),反硝化細(xì)菌利用進(jìn)水中豐富碳源為能源將循環(huán)水中的硝酸氮和亞硝酸氮還原為氣態(tài)氮(N2),實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)氮的去除。進(jìn)水中的有機(jī)氮經(jīng)過(guò)厭氧氨化后,大部分以氨態(tài)氮的形式進(jìn)入接觸氧化池,有機(jī)物在反硝化的過(guò)程中被大量消耗,為硝化細(xì)菌的生長(zhǎng)提供了*的條件;使污水中的氨態(tài)氮順利的轉(zhuǎn)化為硝酸鹽,系統(tǒng)中的生物膜和污泥回流工藝強(qiáng)化此目的,生物固體停留時(shí)間與水力停留時(shí)間分離,使世代時(shí)間較長(zhǎng)的硝化菌和亞硝化菌得以繁衍增殖,硝酸氮的生成得以實(shí)現(xiàn)。從而實(shí)現(xiàn)脫氮的3 個(gè)主要因素——碳源、無(wú)氧條件和硝酸鹽的積累在系統(tǒng)中的實(shí)現(xiàn)。根據(jù)監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)(見(jiàn)圖3a、3b),NH3-N 平均去除率為69.2%,出水NH3-N 平均質(zhì)量濃度為10.8 mg/L。從數(shù)據(jù)中也證明了好氧區(qū)硝化細(xì)菌占據(jù)優(yōu)勢(shì),實(shí)現(xiàn)了氨氧化,也證明了大量的碳源用于反硝化過(guò)程。出水的TN 平均去除率為68%,出水TN 平均質(zhì)量濃度為16.5 mg/L,去除率分別比改造前提高了17.8%和7.7%(間歇曝氣連續(xù)回流工藝NH3-N、TN 去除率分別為51.4%和60.3%)。氮的zui終去除是通過(guò)反硝化實(shí)現(xiàn)的,對(duì)于低碳氮比農(nóng)村生活污水,碳源不足一直是系統(tǒng)脫氮的主要制約因素,本系統(tǒng)利用厭氧水解過(guò)程將有機(jī)氮氨化,節(jié)約了大量的碳源,同時(shí)為生物反硝化提供了可直接利用的碳源和能源,硝酸氮和亞硝酸氮的還原需在無(wú)氧的條件下進(jìn)行,所以系統(tǒng)利用出水的循環(huán)使厭氧水解池前段形成缺氧區(qū),在水深為0.5 m以下,水中的溶解氧接近0,足以證明反硝化作用的存在。整個(gè)監(jiān)測(cè)期間出水NH3-N 和TN 濃度均達(dá)到了GB-18918-2002 中的一級(jí)標(biāo)準(zhǔn),也說(shuō)明厭氧水解池為有機(jī)氮的氨化提供了有利的條件,生物接觸氧化池為硝化細(xì)菌提供了生長(zhǎng)空間,出水循環(huán)工藝為反硝化脫氮提供了電子受體,也加快了生物膜的更新,zui終實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)的脫氮。

 

2.3 對(duì) TP 的去除效果

 

由圖4 可知,系統(tǒng)對(duì)TP 的去除偏低。整個(gè)運(yùn)行過(guò)程中系統(tǒng)對(duì)TP 平均去除率為58.9%,進(jìn)水TP的平均質(zhì)量濃度為6.1 mg/L,出水TP 平均質(zhì)量濃度為2.3 mg/L,只達(dá)到了城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)(GB-18918-2002)中的二級(jí)。分析原因,整個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)以厭氧水解-缺氧/好氧脫氮為核心,將污泥的外排設(shè)置在厭氧水解的末端,污泥必須經(jīng)過(guò)厭氧水解消化后才能排出系統(tǒng),設(shè)計(jì)的目的是增加厭氧水解段的污泥濃度,提高聚磷菌生物量,并使外排污泥減量化。但是,當(dāng)泥水混合物進(jìn)入?yún)捬跛怆A段后必然會(huì)釋放一部分磷進(jìn)入水中,這可能是系統(tǒng)去除磷不理想的主要原因[26]。排泥周期不合理,使大量污泥在厭氧水解池中停留時(shí)間過(guò)長(zhǎng),可能是磷去除不理想的又一因素[27]。生物好氧吸磷需要大量的碳源作為能源,碳源的不足是磷去除不高的另一個(gè)原因。

2.4 對(duì)SS 的去除效果

由于采用了生物膜法,裝置中的生物填料對(duì)懸浮物起到很好的吸附、過(guò)濾的作用,形成生物膜。同時(shí),污泥回流技術(shù)使污水中的懸浮物迅速被污泥吸附、沉降排出系統(tǒng),循環(huán)水技術(shù)使系統(tǒng)始終保持流動(dòng)狀態(tài),污泥懸浮于水中增加了與懸浮物接觸的機(jī)會(huì),進(jìn)而提高了懸浮物沉降的機(jī)率。從數(shù)據(jù)分析看系統(tǒng)對(duì)SS 的去除率穩(wěn)定在79.1%~92.7%,平均為87.9%,出水平均值在15.7 mg/L 以下(見(jiàn)圖5)。從而解決了常規(guī)工藝對(duì)分散型低碳氮比農(nóng)村生活污水中懸浮物去除不理想這一難題。

 

3 結(jié)論

 

1)以實(shí)際農(nóng)村生活污水水質(zhì)和排放規(guī)律,考察了改進(jìn)后的兩級(jí)回流連續(xù)曝氣生物膜工藝的處理效果,經(jīng)分析出水化學(xué)需氧量、五日生化需氧量、氨氮、總氮、總磷和固體懸浮物的平均質(zhì)量濃度分別在51.0、15.8、10.8、16.5、2.3 和15.7 mg/L 以下,除總磷(達(dá)到GB-18918-2002 中的二級(jí))外,其他5 項(xiàng)指標(biāo)均符合GB-18918-2002 中的一級(jí)B 要求。

 

2)試驗(yàn)將間歇曝氣連續(xù)回流工藝調(diào)整為兩級(jí)回流連續(xù)曝氣模式,通過(guò)各項(xiàng)指標(biāo)的監(jiān)測(cè)表明系統(tǒng)對(duì)低碳氮污水的脫氮能力有較大提高,調(diào)整后工藝有利于硝酸氮的生成和反硝化作用的進(jìn)行,實(shí)現(xiàn)了NH3-N、總氮平均去除率69.2%和68%以上。其中,氨氮去除率較間歇曝氣連續(xù)回流工藝提高了17.8%,全氮去除率提高了7.7%。

 

3)工藝的調(diào)整并沒(méi)有提高系統(tǒng)的除磷性能,分析原因可能有以下3 點(diǎn):當(dāng)泥水混合物進(jìn)入?yún)捬跛怆A段后必然會(huì)釋放一部分磷進(jìn)入水中,這可能是系統(tǒng)去除磷不理想的主要原因;排泥周期不合理,使大量污泥在厭氧水解池中停留時(shí)間過(guò)長(zhǎng),可能是磷去除不理想的又一因素;生物好氧吸磷需要大量的碳源作為能源,碳源的不足是磷去除不高的另一個(gè)原因。鑒于以上原因,在以后的設(shè)計(jì)上應(yīng)重點(diǎn)研究污泥回流比、回流區(qū)間、排泥周期和生物接觸氧化段碳源補(bǔ)償技術(shù)等以提高磷的去除效率,另外也可以考慮新增后續(xù)處理工藝,如人工濕地或土壤滲濾等手段。


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