新型一體化設(shè)備處理農(nóng)村生活污水的中試研究

劉君，邱敬賢，黃獻(xiàn)

（1.航天凱天環(huán)?？萍脊煞萦邢薰荆L沙 410100；2.長沙凱天工研院環(huán)保服務(wù)有限公司，長沙 410100）

2017年2月，《全國農(nóng)村環(huán)境綜合整治“十三五”規(guī)劃》提出要重點整治農(nóng)村環(huán)境[1]；同年9月，第三次全國改善農(nóng)村人居環(huán)境工作會議強(qiáng)調(diào)要全面推進(jìn)農(nóng)村生活垃圾治理，積極開展農(nóng)村生活污水治理，大力推進(jìn)農(nóng)村“廁所革命”，有效整治村容村貌；黨的十九大報告中提出實施“鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略”，進(jìn)一步強(qiáng)調(diào)了鄉(xiāng)村生態(tài)環(huán)境的重要性；全國生態(tài)環(huán)境保護(hù)大會提出：以農(nóng)村垃圾、污水治理和村容村貌提升為主攻方向，推進(jìn)鄉(xiāng)村環(huán)境綜合整治，國家對農(nóng)村的投入要向這方面傾斜。一系列的利好政策助力農(nóng)村環(huán)境產(chǎn)業(yè)的迅速發(fā)展。

我國農(nóng)村地區(qū)的生活污水因基礎(chǔ)處理設(shè)施不完善，大部分被直排或經(jīng)化糞池處理后直接排放至附近的河道、坑塘或農(nóng)田土壤，導(dǎo)致周邊環(huán)境被污染，甚至危害人體健康[2]。由于農(nóng)村地勢不平坦、農(nóng)戶分散、鋪設(shè)管網(wǎng)困難，分散式農(nóng)村一體化生活污水處理設(shè)備快速被推向市場，并得到了廣泛應(yīng)用。但一體化設(shè)備的處理工藝不一，出水也受到不同工藝參數(shù)的影響，這使得一體化設(shè)備在農(nóng)村地區(qū)的推廣受到一定限制。

國內(nèi)企業(yè)經(jīng)過不斷的探索，推出了新型一體化污水處理設(shè)備（凱天罐），該新型一體化處理設(shè)備具備結(jié)構(gòu)簡單、占地面積少、投資省、能耗低、運行費用低、管理方便等優(yōu)點，適用于經(jīng)濟(jì)不發(fā)達(dá)地區(qū)的分散式農(nóng)村生活污水處理。

1 實驗裝置和方法

1.1 實驗裝置

一體化裝置結(jié)構(gòu)俯視圖見圖1，該裝置由調(diào)節(jié)池、缺氧區(qū)、厭氧區(qū)、好氧區(qū)、固液分離區(qū)、澄清區(qū)組成，設(shè)備流程見圖2，該裝置的處理能力為1m3/d。

圖1 新型一體化污水處理設(shè)備俯視圖

圖2 新型一體化污水處理設(shè)備工藝流程圖

1.2 中試實驗地點和實驗水樣

實驗在長沙某農(nóng)莊進(jìn)行，進(jìn)水為農(nóng)莊化糞池的存量生活污水，主要來源于餐廚、洗滌和沖廁等，處理水量約為1m3/d，現(xiàn)場中試實驗如圖3所示。進(jìn)水主要控制指標(biāo)見表1。

圖3 農(nóng)莊現(xiàn)場中試實驗

表1 進(jìn)水水質(zhì)、設(shè)計值、出水要求的主要指標(biāo)值

由于實驗進(jìn)水量的限制，中試實驗的進(jìn)水來自農(nóng)莊化糞池里的存量水，包括餐廚、洗滌、沐浴和沖廁等污水，污水濃度越存越高，并伴隨明顯惡臭現(xiàn)象（圖4）。由表1可知，該農(nóng)村生活污水處理設(shè)備的項目設(shè)計值比實驗場地的實際值偏低程度較大，尤其是TN、NH4+-N和TP值超標(biāo)嚴(yán)重。但經(jīng)一體化設(shè)備處理后，污水明顯澄清且無臭味（圖5）。故在后續(xù)實驗過程中對進(jìn)水進(jìn)行了適度稀釋，以使各類指標(biāo)接近設(shè)計值，并添加一定的碳源以保證實驗過程中微生物的正常運行。

圖4 實驗裝置進(jìn)水水質(zhì)

圖5 進(jìn)出水對比圖

1.3 主要水質(zhì)指標(biāo)分析檢測方法（表2）

表2 各水質(zhì)分析方法

2 結(jié)果與分析

2.1 COD的處理效果

圖6為一體化裝置進(jìn)水、好氧區(qū)、厭氧區(qū)、出水CODCr及去除率的變化曲線。

圖6 一體化裝置進(jìn)水、好氧區(qū)、厭氧區(qū)、出水CODCr及去除率變化曲線

從圖6中可看出：進(jìn)水CODCr質(zhì)量濃度除少數(shù)時間段明顯偏高外，其余時間段較穩(wěn)定，在好氧區(qū)的出水就能穩(wěn)定達(dá)到甚至明顯優(yōu)于《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 18918—2002）一級A標(biāo)。在進(jìn)水未被稀釋前，當(dāng)進(jìn)水比在2 : 1、1 : 0、1 : 1時，CODCr的平均去除率分別為89.4%、89.7%、92.8%。因進(jìn)水CODCr能滿足設(shè)計指標(biāo)的要求，故稀釋后需加葡萄糖作為碳源以提供微生物的營養(yǎng)物質(zhì)。稀釋加入碳源穩(wěn)定一天后，CODCr的平均去除率為91.6%。

2.2 對生活污水的脫氮效果

一體化裝置進(jìn)水、好氧區(qū)、厭氧區(qū)及出水對TN、NH4+-N的去除效果分別如圖7、圖8所示。同上，當(dāng)進(jìn)水比分別在2 : 1、1 : 0、1 : 1時，TN的平均去除率分別為79.9%、84.0%、88.1%，NH4+-N的平均去除率分別為96.5%、95.9%、93.8%；NH4+-N的平均去除率明顯高于TN的去除率，盡管NH4+-N進(jìn)水質(zhì)量濃度變化幅度很大，但出水穩(wěn)定，表明裝置硝化效果好，而反硝化效果較差。但稀釋穩(wěn)定一天后，TN的平均去除率為87.7%，NH4+-N的平均去除率為87.1%；裝置的硝化和反硝化效果均好，故裝置對TN、NH4+-N的去除效果與進(jìn)水水質(zhì)密切相關(guān)。稀釋后出水中TN、NH4+-N均能穩(wěn)定達(dá)到《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 18918—2002）一級A標(biāo)。

圖7 一體化裝置進(jìn)水、好氧區(qū)、厭氧區(qū)、出水TN及去除率變化曲線

圖8 一體化裝置進(jìn)水、好氧區(qū)、厭氧區(qū)、出水及去除率變化曲線

2.3 TP的處理效果

一體化裝置進(jìn)水、好氧區(qū)、厭氧區(qū)及出水對TP質(zhì)量濃度及TP去除情況如圖9所示。當(dāng)進(jìn)水比在2 : 1、1 : 0、1 : 1時，TP的平均去除率分別為87.2%、90.3%、93.5%，對TP的去除效果明顯。稀釋穩(wěn)定一天后出水中TP均能穩(wěn)定達(dá)到《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 18918—2002）一級B標(biāo)。

圖9 一體化裝置進(jìn)水、好氧區(qū)、厭氧區(qū)、出水TP及去除率變化曲線

2.4 SS的處理效果

一體化裝置進(jìn)水、好氧區(qū)、厭氧區(qū)及出水對SS質(zhì)量濃度及SS去除情況如圖10所示。在進(jìn)水未被稀釋前，對缺氧區(qū)和厭氧區(qū)進(jìn)水比例進(jìn)行調(diào)節(jié)，當(dāng)進(jìn)水比在2 : 1、1 : 0、1 : 1時，SS的平均去除率分別為96.5%、95.6%、97.9%。經(jīng)各水質(zhì)指標(biāo)對比分析，選取進(jìn)水比例1 : 1稀釋前后出水中SS均能穩(wěn)定達(dá)到《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 18918—2002）一級A標(biāo)。

圖10 一體化裝置進(jìn)水、好氧區(qū)、厭氧區(qū)、出水SS及去除率變化曲線

3 結(jié)論

（1）中試實驗啟動15d后，中試裝置開始穩(wěn)定運行，出水水質(zhì)穩(wěn)定、水質(zhì)澄清且無惡臭，裝置具備良好的耐沖擊負(fù)荷能力。

（2）在穩(wěn)定運行期間，通過缺氧區(qū)和厭氧區(qū)進(jìn)水比例的調(diào)節(jié)，確定最佳進(jìn)水比為1 : 1；在此條件下，符合進(jìn)水指標(biāo)的生活污水經(jīng)處理后，SS、TN、NH4+-N、TP、CODCr平均去除率分別為93.3%、87.7%、87.1%、86.4%、91.6%，出水除TP外均能穩(wěn)定達(dá)到《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 18918—2002）一級A標(biāo)。

（3）RAAOO一體化污水處理設(shè)備具有操作簡單、占地面積小、耐沖擊能力強(qiáng)等優(yōu)點，可適用于以分戶、聯(lián)戶、小集中等收集模式的農(nóng)村生活污水處理。