一體化設(shè)備處理農(nóng)村生活污水的實(shí)例研究

夏 斌，幸響付，李石磊，李 勇

(1.安徽泓濟(jì)環(huán)境科技有限公司，安徽六安 237000；2.上海泓濟(jì)環(huán)?？萍脊煞萦邢薰?，上海 200082)

近年來(lái)，隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展以及農(nóng)村居民生活水平的提高，農(nóng)村地區(qū)對(duì)水資源的消耗逐年增加，因此農(nóng)村地區(qū)的污水排放量也在不斷增大。如果這些排放的污水未經(jīng)處理就直接排入自然環(huán)境中，就會(huì)造成環(huán)境污染和水體富營(yíng)養(yǎng)化，直接威脅到居民的生活健康，因此農(nóng)村地區(qū)的生活污水急需收集處理，這對(duì)于提高農(nóng)村居民的生活環(huán)境很有必要。

農(nóng)村生活污水具有水質(zhì)和水量變化大[1-2]，進(jìn)水COD/TN濃度比低但可生化性好，無(wú)其他重金屬。目前 “厭氧-缺氧-好氧”和“缺氧-好氧”工藝處理農(nóng)村生活污水[3]得到大規(guī)模推廣與應(yīng)用。我國(guó)當(dāng)前農(nóng)村地區(qū)居民較為分散，居住地地勢(shì)高低起伏，集體資金短缺，因此難以建設(shè)大規(guī)模的污水處理廠[4]。此外，農(nóng)村居民對(duì)農(nóng)村的環(huán)境要求日益增加，所以需要一種自動(dòng)化程度高、維護(hù)簡(jiǎn)單和處理效果好的設(shè)備。目前，市場(chǎng)上大多采用集裝箱式一體化污水處理設(shè)備處理村鎮(zhèn)污水。該設(shè)備具有安裝簡(jiǎn)單、投資小、處理效果好等優(yōu)點(diǎn)[5-6]，在我國(guó)鄉(xiāng)村地區(qū)得到廣泛應(yīng)用。

1 材料與方法

1.1 工藝流程此次測(cè)試所用一體化污水處理設(shè)備采用“AO”生物接觸氧化處理工藝，設(shè)計(jì)規(guī)模為170 t/d，設(shè)備長(zhǎng)、寬、高分別為11.0、3.0和3.0 m，設(shè)備有效水深為2.60 m。分別設(shè)置缺氧區(qū)、好氧區(qū)和沉淀區(qū)3個(gè)功能區(qū)，缺氧區(qū)攪拌方式采用潛水?dāng)嚢杵鏖g歇攪拌，好氧區(qū)曝氣采用漩渦風(fēng)機(jī)曝氣充氧，其工藝流程如圖1所示。

圖1 一體化設(shè)備工藝流程Fig.1 The process flow of integrated equipment

此次測(cè)試場(chǎng)地在某地級(jí)市污水處理廠內(nèi)，進(jìn)水水質(zhì)與農(nóng)村生活污水性質(zhì)相似。此次試驗(yàn)接種的活性污泥取自該污水廠好氧池，進(jìn)水取自該污水廠的細(xì)格柵后段，其中污水通過(guò)初沉池、粗格柵和細(xì)格柵去除大顆粒懸浮物，然后利用潛污泵提升至缺氧區(qū)，并在缺氧區(qū)和好氧區(qū)內(nèi)部設(shè)置酶浮填料，好氧區(qū)和缺氧區(qū)內(nèi)部填料填充比例均為30%。在生化區(qū)懸浮的微生物與填料充分接觸，系統(tǒng)穩(wěn)定后生化區(qū)內(nèi)的微生物會(huì)附著在內(nèi)部的填料上，再與回流的硝化液充分接觸，利用進(jìn)水的有機(jī)物及添加的碳源作為電子供體，在缺氧區(qū)進(jìn)行反硝化脫氮，然后再進(jìn)入好氧區(qū)，好氧區(qū)內(nèi)部曝氣采用微孔曝氣方式，通過(guò)微生物的作用進(jìn)行有機(jī)物的降解和NH3-N的硝化，然后污水進(jìn)入斜管沉淀池中進(jìn)行泥水分離后排出。

1.2 一體化設(shè)備主要工藝參數(shù)一體化設(shè)備材質(zhì)為碳鋼焊接，設(shè)備內(nèi)外均進(jìn)行噴漆防腐處理，頂部蓋板為可拆卸式，其中設(shè)備內(nèi)部具體參數(shù)如表1所示。

表1 一體化設(shè)備主要技術(shù)參數(shù)

1.3 水質(zhì)指標(biāo)測(cè)定此次測(cè)試水樣分別取缺氧池進(jìn)水和沉淀池出水，測(cè)定COD、NH3-N、TN和NO3-N濃度，測(cè)定方法均按照國(guó)標(biāo)法[7]進(jìn)行，試驗(yàn)所用試劑均為分析純；DO濃度使用便攜式儀器(DKK-TOACORPORATION，DO-31P)測(cè)定。測(cè)試水樣每天09：00采集，采集完畢后立即置于4 ℃冰箱中冷藏，所有指標(biāo)均在24 h內(nèi)完成檢測(cè)，其中混合液懸浮固體濃度(MLSS)和混合液揮發(fā)性懸浮固體濃度(MLVSS)采集完，在當(dāng)天完成測(cè)試。

2 結(jié)果與分析

2.1 COD的去除一體化設(shè)備在穩(wěn)定運(yùn)行期間COD平均進(jìn)水和出水濃度分別為243.40和27.28 mg/L，COD的平均去除率為87.06%，出水水質(zhì)相對(duì)穩(wěn)定，且出水標(biāo)準(zhǔn)達(dá)到GB 18918—2002一級(jí)B標(biāo)準(zhǔn)。9～28 d，進(jìn)水COD容積濃度逐漸增加，進(jìn)水COD容積負(fù)荷由0.35 kg/(m3·d)增加至0.70 kg/(m3·d)時(shí)，0～8 d COD平均進(jìn)水濃度為103.25 mg/L，平均出水濃度為16.59 mg/L；8～23 d進(jìn)水濃度增加至257.54 mg/L，出水濃度為20.92 mg/L；23～28 d COD平均進(jìn)水濃度為444.06 mg/L，平均出水COD濃度為57.31 mg/L，出水COD濃度高于一級(jí)B標(biāo)準(zhǔn)(圖2)。這表明一體化設(shè)備出水水質(zhì)波動(dòng)幅度不是很大，出水水質(zhì)相對(duì)穩(wěn)定，且出水COD濃度均在60 mg/L以下，同時(shí)去除率可維持在80%以上，由此可見(jiàn)該一體化設(shè)備具有一定的抗沖擊負(fù)荷能力，對(duì)COD的去除效果較好。

2.2 氨氮的去除一體化設(shè)備在穩(wěn)定運(yùn)行期間NH3-N進(jìn)水和出水平均濃度分別為34.64和4.22 mg/L，平均去除率為86.85%。0～20 d，反應(yīng)器內(nèi)MLSS為3 524 mg/L，通過(guò)便攜式DO儀測(cè)得好氧池內(nèi)各個(gè)區(qū)域DO濃度均為2.0～5.0 mg/L，缺氧池內(nèi)部DO濃度均在0.3 mg/L以下(圖3)。羅憶涵等[8]研究表明，當(dāng)好氧池濃度為2.9～3.1 mg/L時(shí)，微生物硝化完全，NH3-N去除效果較好。第8天，由于廠區(qū)檢修，導(dǎo)致設(shè)備停電，風(fēng)機(jī)停止運(yùn)行，好氧池曝氣供氧不足，DO濃度小于2 mg/L時(shí)硝化反應(yīng)受阻，導(dǎo)致設(shè)備出水NH3-N濃度超標(biāo)。21～28 d，NH3-N平均進(jìn)水濃度由28.95 mg/L提高至54.35 mg/L，進(jìn)水容積負(fù)荷由0.06 kg/(m3· d)提升至0.10 kg/(m3· d)時(shí)，設(shè)備對(duì)NH3-N的平均去除率由88.64%降至80.68%，NH3-N去除率均在80%以上。這與盧楠等[9]研究結(jié)果相一致，當(dāng)進(jìn)水NH3-N容積負(fù)荷增加時(shí)NH3-N的去除率會(huì)相應(yīng)減小。

圖2 一體化設(shè)備COD濃度和去除率的變化Fig.2 Changes of COD concentration and removal rate of integrated equipment

圖3 一體化設(shè)備N(xiāo)H3-N濃度和去除率的變化Fig.3 Changes of NH3-N concentration and removal rate of integrated equipment

2.3 總氮的去除在整個(gè)試驗(yàn)期間TN平均進(jìn)水和出水濃度分別為43.31和12.39 mg/L，pH為7.1～7.5，平均去除率達(dá)到60.81%，當(dāng)COD/TN濃度比為7～9時(shí)，平均出水TN濃度為8.50 mg/L，出水可達(dá)到準(zhǔn)四類(lèi)水出水標(biāo)準(zhǔn)。1～9 d，進(jìn)水COD/TN濃度比為2～5時(shí)，進(jìn)水COD/TN濃度比平均值為3.96，此時(shí)TN的平均去除率為38.83%。出水TN和NO3-N平均濃度分別為19.22和14.83 mg/L，出水NO3-N占TN的77.15%，出水TN主要包含NO3-N，并且出水pH為(6.87±0.08)(圖4)。肖靜等[10]報(bào)道，反硝化不足會(huì)導(dǎo)致出水pH降低。顧學(xué)林等[11-12]報(bào)道，在實(shí)際工程應(yīng)用中，當(dāng)進(jìn)水COD/TN濃度比低于5.8時(shí)反硝化細(xì)菌反硝化所需碳源不足，抑制反硝化進(jìn)程，會(huì)有出水TN濃度超標(biāo)的風(fēng)險(xiǎn)。9～28 d，進(jìn)水COD/TN濃度比為6～9時(shí)，進(jìn)水COD/TN濃度比平均值為6.87時(shí)，設(shè)備出水TN和NO3-N濃度分別為12.89和8.95 mg/L，TN平均去除率提高至71.77%，與1～9 d相比TN平均出水濃度下降了6.33 mg/L，去除率提高了32.94百分點(diǎn)。

圖4 一體化設(shè)備TN和NO3-N濃度和TN去除率的變化Fig.4 Changes of TN,NO3-N concentration and TN removal rate of integrated equipment

3 經(jīng)濟(jì)效益分析

一體化設(shè)備的運(yùn)行主要包括電費(fèi)和碳源費(fèi)用，綜合此次測(cè)試的運(yùn)行參數(shù)，運(yùn)行費(fèi)用為1.06元/t，當(dāng)進(jìn)水COD/TN濃度比<5.8時(shí)添加碳源，碳源類(lèi)型為食品級(jí)葡萄糖。其中，主要設(shè)備裝機(jī)功率與運(yùn)行功率見(jiàn)表2。污水處理設(shè)備運(yùn)行費(fèi)用如下：電費(fèi)0.36元/t，碳源費(fèi)用0.70元/t，合計(jì)1.06元/t。

表2 主要設(shè)備裝機(jī)功率與運(yùn)行功率

4 結(jié)論

(1)一體化設(shè)備對(duì)COD的去除效果較好，去除率達(dá)到87.06%，且具有一定的抗沖擊負(fù)荷，出水水質(zhì)能保持穩(wěn)定。

(2)一體化設(shè)備進(jìn)水NH3-N容積負(fù)荷為0.06 kg/(m3·d)時(shí)，NH3-N的去除率為88.64%；當(dāng)進(jìn)水容積負(fù)荷為0.10 kg/(m3·d)時(shí)，NH3-N的去除率為80.68%。

(3)在實(shí)際工程中應(yīng)用中，當(dāng)一體化設(shè)備進(jìn)水COD/TN濃度比為2～5時(shí)，TN的平均去除率為38.83%，出水平均濃度為19.22 mg/L；當(dāng)COD/TN濃度比>7時(shí)，一體化設(shè)備對(duì)TN的去除率在70%以上，出水濃度為12.89 mg/L，出水TN達(dá)到一級(jí)A出水標(biāo)準(zhǔn)。

(4)設(shè)備在整個(gè)運(yùn)行期間，運(yùn)行費(fèi)用合計(jì)1.06元/t，具有較高的應(yīng)用和推廣價(jià)值。