TBO技術(shù)在農(nóng)村生活污水治理中的應(yīng)用

周其胤　趙軍　賀振洲　高毛林　高寒

摘要 研究TBO技術(shù)處理農(nóng)村生活污水的效果。結(jié)果表明，系統(tǒng)出水各主要污染物指標(biāo)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(jí)A標(biāo)準(zhǔn)，處理系統(tǒng)對(duì)COD、氨氮、總磷和懸浮物的平均去除率分別為83.7%、90.4%、85.0%和92.6%。同時(shí)TBO技術(shù)運(yùn)行費(fèi)用低、自動(dòng)化程度高、管理方便，適應(yīng)我國農(nóng)村生活污水處理現(xiàn)狀。

關(guān)鍵詞 TBO技術(shù);農(nóng)村生活污水;治理;去除率

中圖分類號(hào) X703文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A

文章編號(hào) 0517-6611（2020）11-0097-03

Abstract The effect of TBO technology in treatment of rural domestic sewage was studied.The research results show that the main pollutant indicators of the system effluent could steadily reach the GB189182002 first A emission standards in urban sewage treatment plant pollutant discharge standards.The average removal rates of COD，NH3-N，TP and SS by the treatment system were 83.7%，90.4%，85.0% and 92.6%，respectively.Meanwhile，TBO technology had low operating costs，high degree of automation and convenient management，which was suitable for the status of rural domestic sewage treatment in China.

Key words TBO technology;Rural domestic sewage;Manage;Removal rate

當(dāng)前農(nóng)村社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展迅速，但農(nóng)村水務(wù)發(fā)展滯后，農(nóng)村水污染物排放量的比例維持高位，占全國水污染物排放量的比例超過50%，且處理率普遍較低。至2018年，農(nóng)村污水排放量約230億t，污水處理率僅為22.0%，遠(yuǎn)低于城鎮(zhèn)污水90%以上的處理率。未來我國污水處理的主戰(zhàn)場將由城市轉(zhuǎn)向農(nóng)村。農(nóng)村污水大量排放嚴(yán)重影響了農(nóng)村地區(qū)的生態(tài)環(huán)境，并對(duì)當(dāng)?shù)鼐用竦娘嬘盟踩珮?gòu)成威脅[1-3]。

農(nóng)村生活污水處理常用技術(shù)有生化處理技術(shù)和生態(tài)處理技術(shù)[4-5]。然而生化處理技術(shù)及其衍生技術(shù)多采用強(qiáng)動(dòng)力曝氣，運(yùn)行費(fèi)用高，維護(hù)復(fù)雜。人工濕地占地面積大，在低溫下處理效果很差甚至失效，夏天則會(huì)滋生蚊蟲。傳統(tǒng)的地下滲濾占地面積大，且滲濾無充氧系統(tǒng)，不能滿足不同種微生物的生長需求。根據(jù)我國國情，只有占地面積小、投資少、運(yùn)行成本低、維護(hù)簡便、氣候適應(yīng)性強(qiáng)的污水處理技術(shù)才能推廣使用。TBO污水處理技術(shù)（temperature biological media oxidation treatment method，其中T是保溫，B是生物，O是曝氣）是在慢速滲濾與快速滲濾技術(shù)的基礎(chǔ)之上研發(fā)出來的一項(xiàng)新型的污水處理工藝，其增加了對(duì)生物填料的充氧曝氣。該研究通過對(duì)TBO污水處理工藝進(jìn)行研究，分析TBO污水處理技術(shù)對(duì)COD、NH3-N、TP、SS的去除效果，以期為TBO技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用提供數(shù)據(jù)支持，也為農(nóng)村生活污水處理提供指導(dǎo)。

1 項(xiàng)目概況

1.1 污水來源 該項(xiàng)目依托安徽省六安市某農(nóng)村污水處理工程，項(xiàng)目服務(wù)人口約2 500人，處理規(guī)模200 m3/d。生活污水包括灰水和黑水兩部分，黑水指廁所沖洗糞便的高濃度生活污水，灰水指除沖廁所以外的廚房用水、洗衣和洗浴用水等的低濃度生活污水，其設(shè)計(jì)進(jìn)水與出水主要指標(biāo)見表1。

1.2 工藝流程 TBO污水處理技術(shù)主要由提升井、隔渣沉砂池、厭氧池、調(diào)節(jié)池、TBO生態(tài)處理系統(tǒng)、反硝化池和PLC全自動(dòng)電控系統(tǒng)組成，工藝流程如圖1所示。

生活污水經(jīng)過預(yù)處理后由提升泵提升進(jìn)入TBO系統(tǒng)，提升泵由液位控制器自動(dòng)控制。污水通過扇形噴頭均勻分布進(jìn)入池體填料層（由承托層、生物填料、阻斷層、砂礫層），污染物被吸附在不同功能結(jié)構(gòu)層的填料的微生物截留、吸附，并最終通過微生物分解轉(zhuǎn)化，達(dá)到污水凈化的目的。TBO系統(tǒng)的出水進(jìn)入反硝化池，從而進(jìn)一步去除TN，污水達(dá)標(biāo)排放。

1.3 污水系統(tǒng)運(yùn)行和維護(hù) 系統(tǒng)運(yùn)行方式為間歇式進(jìn)水-落干-曝氣，每天循環(huán)運(yùn)行8次，每次進(jìn)水30 min，落干耗時(shí)25～30 min，待污水落干后每隔1 h曝氣15 min。

污水處理裝置采用可編程序控制器（PLC）控制水泵、風(fēng)機(jī)等設(shè)備的啟閉和自動(dòng)切換，實(shí)現(xiàn)設(shè)備自動(dòng)化運(yùn)行，不需要人工值守。同時(shí)開發(fā)了無線遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)，對(duì)污水處理設(shè)備進(jìn)行24 h監(jiān)控，從而保證了污水處理設(shè)備的運(yùn)行。

1.4 主要構(gòu)筑物參數(shù) 提升井：地埋式磚混結(jié)構(gòu)，有效水深3.5 m，總?cè)莘e7 m3;隔渣沉砂池：地埋式碳鋼結(jié)構(gòu)，水力停留時(shí)間2 h，有效水深2 m，總?cè)莘e17 m3;厭氧池：地埋式碳鋼結(jié)構(gòu)，水力停留時(shí)間4 h，有效水深2 m，總?cè)莘e50 m3;調(diào)節(jié)池：地埋式碳鋼結(jié)構(gòu)，水力停留時(shí)間6 h，有效水深2 m，總?cè)莘e67 m3;TBO系統(tǒng)：地埋式磚混結(jié)構(gòu)，總平面面積300 m2，系統(tǒng)總高度1 m;反硝化池：地埋式磚混結(jié)構(gòu)，水力停留時(shí)間6 h，有效水深2 m，總?cè)莘e67 m3。

1.5 分析項(xiàng)目和方法 設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定后，前28 d每7 d取樣1次，28 d后每14 d取樣1次，分析進(jìn)水和出水水質(zhì)。進(jìn)水和出水具體分析項(xiàng)目為COD、NH3-N、TP、SS。采用《水和廢水監(jiān)測分析方法（第四版增補(bǔ)版）》[6]中的方法進(jìn)行分析。

2 運(yùn)行效果

2.1 對(duì)COD的去除效果 由圖2可知，運(yùn)行穩(wěn)定后TBO工藝對(duì)COD具有較好的去除效果。監(jiān)測數(shù)據(jù)表明，COD進(jìn)水的平均濃度為234 mg/L，COD出水的平均濃度為38 mg/L。TBO工藝對(duì)COD的平均去除率83.7%。這說明TBO系統(tǒng)的抗污染負(fù)荷能力強(qiáng)。7次采樣監(jiān)測結(jié)果表明，處理水中的COD濃度均保持在《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 18918—2002）一級(jí)A要求的50 mg/L以下。這是因?yàn)門BO工藝采用間歇性曝氣充氧，有助于系統(tǒng)的富氧，從而促進(jìn)附著在生物填料表面的微生物對(duì)氧的吸收和利用，同時(shí)充足的氧也保證了生物填料上好氧微生物繁殖，微生物的活性增強(qiáng)，有機(jī)物進(jìn)入TBO系統(tǒng)后，首先經(jīng)過填料的吸附作用被截留下來，然后通過微生物的生物氧化作用被降解。

2.2 對(duì)NH3-N的去除效果 由圖3可知，TBO工藝對(duì)NH3-N的平均去除率為90.4%，7次采樣監(jiān)測結(jié)果顯示出水中氨氮的濃度均維持在一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)的5 mg/L。NH3-N去除的主要原理是溶解氧充足的情況下，NH3-N轉(zhuǎn)化為硝態(tài)氮[7]，除此之外NH3-N的去除也可能是因?yàn)榻橘|(zhì)表面對(duì)NH3-N的吸附作用[8-9]。在傳統(tǒng)的生化和生態(tài)工藝中，當(dāng)環(huán)境中溫度較低時(shí)，微生物的活性將會(huì)明顯的降低，一般冬季污染物去除率很低。而研究結(jié)果得出在11月份，TBO工藝處理后的NH3-N的去除率仍然在90%以上，這是因?yàn)閷?duì)TBO系統(tǒng)里的填料進(jìn)行了曝氣保溫，從而保證了TBO系統(tǒng)的溫度。因此，出水中NH3-N的濃度也低于5 mg/L。

2.3 對(duì)TP的去除效果 由圖4可知，TBO工藝對(duì)TP的平均去除率為85.0%。這是因?yàn)樯锾盍现饕獮?50～500 ℃煅燒的褐鐵礦，其為具有微納米多孔結(jié)構(gòu)特征的礦物材料，該材料具有比表面積大、孔隙率高、表面活性官能團(tuán)多以及電荷可變性強(qiáng)等特點(diǎn)，使其對(duì)磷具有物理吸附作用、化學(xué)吸附與沉淀作用，并與中粗砂、黏土和輔助填料交替構(gòu)成生物填料層，對(duì)污水中磷具有高效專性吸附作用[1，10]。另外，TBO系統(tǒng)采用的是噴淋布水，污水與生物填料接觸更加均勻，從而有利于總磷的去除[11]。

2.4 對(duì)SS的去除效果 由圖5可知，TBO對(duì)SS的平均去除率為92.6%。這與三格化糞池、人工濕地、傳統(tǒng)土地處理等農(nóng)村污水處理技術(shù)[12]相比，TBO對(duì)SS的去除率高，這主要是因?yàn)門BO系統(tǒng)采用的是間歇式進(jìn)水和曝氣充氧的方式，這有利于SS的高度分散。同時(shí)，間歇進(jìn)水使得生物填料存在干濕交替[13-14]，其可以防止由于有機(jī)物和微生物代謝產(chǎn)物的積累造成TBO池體表層空隙過度堵塞，有效地提高TBO系統(tǒng)的性能，保持穩(wěn)定的處理水量和處理效果[15]。

3 經(jīng)濟(jì)技術(shù)評(píng)價(jià)

工程項(xiàng)目總造價(jià)60萬元，占地面積400 m2，其中TBO系統(tǒng)的300 m2可以二次利用，用于綠化。運(yùn)行費(fèi)用主要是動(dòng)力費(fèi)。動(dòng)力費(fèi)主要為提升泵、鼓風(fēng)機(jī)，提升泵平均用電負(fù)荷為22 kW/d，鼓風(fēng)機(jī)平均用電負(fù)荷為4.4 kW/d，即春夏秋3季平均每天耗電26.4 kW·h，水處理費(fèi)0.08元/t;冬季平均每天耗電33.3 kW·h，水處理費(fèi)0.10元/t。與傳統(tǒng)的生化、生態(tài)污水處理技術(shù)相比，TBO技術(shù)占地面積小，處理水質(zhì)好，運(yùn)行方式靈活。從推廣應(yīng)用的角度考慮，TBO技術(shù)適用于當(dāng)前農(nóng)村生活污水治理。

4 結(jié)論

采用TBO工藝對(duì)農(nóng)村生活污水進(jìn)行處理，系統(tǒng)對(duì)COD、NH3-N、TP、SS的平均去除率分別為83.7%、90.4%、85.0%、92.6%。且處理出水達(dá)到《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 18918—2002）規(guī)定的一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)。

TBO工藝的運(yùn)行費(fèi)用僅為0.08元/t，冬季0.10元/t。同時(shí)采用PLC全自動(dòng)控制，無需人員值守。TBO工藝能適應(yīng)我國國情的污水處理工藝。

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