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關(guān)鍵詞:好氧膜-生物反應(yīng)器膜污染中水回用
pilotplantstudyonintegralmembranebio-reactortotreatdomesticwastewater
abstract:thetechnicalandeconomicalfeasibilityofintegralmembranebio-reactor(imb)totreatdomesticwastewaterforreusehasbeenapprovedbytheresultsofapilotplantexperiment.thepilotplantrancontinuouslyover110dayswithoutmembranerinsingandnosludgedischarge.theoutputwaterisquitestableandhighqualitywithcod<30mg/landnh3-n<1.0mg/lrespectively,itseemstransparentandfreeofcolorandsmell,andnocoliformwasdetected.fortheimbfacilitytheinvestmentislowerthanandtheoperationexpenseissimilartothetraditionaladvancedtreatment.airblowandon-linechemicalrinsingiseffectivefortheroutinemaintenanceoftheimb.themembranerinsingcycleisheavyeffectedbytheconditionofwatercirculatinginsidethereactorandtheoperatingatthestartingstage.
膜-生物反應(yīng)器工藝是一種新興工藝,近年來已被逐步應(yīng)用于城市污水和工業(yè)廢水的處理。它用膜分離系統(tǒng)代替普通活性污泥法中的二沉池,取得可直接回用的出水水質(zhì);而且有利于增殖緩慢的微生物如硝化細(xì)菌的截留和生長(zhǎng),增強(qiáng)硝化作用[1]。按照膜組件的設(shè)置位置,可分為分置加壓式和一體抽吸式兩類[2,3]。一體式膜-生物反應(yīng)器裝置占地省、能耗少,近年來有關(guān)它的應(yīng)用研究在國(guó)外受到關(guān)注[3~5],而國(guó)內(nèi)有關(guān)研究還很少,作者曾在實(shí)驗(yàn)室小試條件下對(duì)一體式膜-生物反應(yīng)器工藝用于處理并回用中國(guó)生活污水的可行性進(jìn)行了研究,獲得了令人滿意的效果[6]。為推進(jìn)這種新型高效工藝在我國(guó)污水資源化中的應(yīng)用,本研究進(jìn)一步開展了中試試驗(yàn),證實(shí)了處理效果,探討了系統(tǒng)長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行的控制條件和裝置放大規(guī)律,并進(jìn)行了經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià),為一體式膜-生物反應(yīng)器工藝在我國(guó)污水處理與回用中的應(yīng)用提供了技術(shù)經(jīng)濟(jì)條件。
1試驗(yàn)裝置與試驗(yàn)方法
1.1試驗(yàn)裝置與流程
一體式膜-生物反應(yīng)器的中試工藝流程如圖1所示。
生物反應(yīng)器容積為2.7m3,內(nèi)置中空纖維膜組件11個(gè)。每個(gè)膜面積4m2,組件總面積44m2,膜材料為聚乙烯,膜孔徑為0.1μm。為供給微生物分解有機(jī)物所需氧氣,同時(shí)在中空纖維膜面造成一定的循環(huán)流速,膜組件下設(shè)有穿孔管曝氣,曝氣量為35~50m3/h。進(jìn)水經(jīng)0.9mm的不銹鋼篩網(wǎng)過濾后進(jìn)入生物反應(yīng)池,其中的污染物經(jīng)活性污泥中微生物分解,混合液在出水泵的抽吸作用下經(jīng)膜過濾后得到處理出水。出水泵采用間歇抽吸運(yùn)行,抽吸頻率為13min開,2min關(guān)。壓差計(jì)和壓力傳感器用于測(cè)定抽吸泵在工作過程中施加在中空纖維膜上的過濾壓力,hp75000用于控制生物反應(yīng)器液面恒定并監(jiān)控和自動(dòng)記錄膜組件過濾壓力。
生物反應(yīng)器自接種后,開始進(jìn)水運(yùn)行。目前已運(yùn)行110余天。在此期間,沒有人為排泥。
1.2試驗(yàn)用水
試驗(yàn)用水取自清華大學(xué)一號(hào)樓后污水泵站,并投加了適量的工業(yè)葡萄糖。具體水質(zhì)情況如表1所示。
1.3分析項(xiàng)目及方法
日常分析測(cè)定的項(xiàng)目包括進(jìn)出水和污泥上清液的cod、進(jìn)水ss、污泥ss和vss、氨氮濃度等。測(cè)定方法采用標(biāo)準(zhǔn)方法。
scod*即經(jīng)過濾紙過濾后的cod。
2試驗(yàn)結(jié)果與分析
2.1污染物去除效果
從圖2可以看出:(1)系統(tǒng)總cod去除率除開始運(yùn)行前12天以外,均保持在90%以上,而生物反應(yīng)器cod去除率波動(dòng)較大。在開始運(yùn)行前12天,由于微生物尚未充分生長(zhǎng),生物反應(yīng)器的cod去除效率較低,在60%以下。之后,隨著微生物的增殖,生物反應(yīng)器的cod去除效率逐步增加,最高達(dá)96%。相應(yīng)地膜分離對(duì)cod的去除效率隨生物反應(yīng)器性能的好壞而變化,在3%~35%之間波動(dòng)。膜分離對(duì)部分有機(jī)物的截留作用彌補(bǔ)了生物反應(yīng)器處理性能的不穩(wěn)定,使系統(tǒng)總的cod去除效率穩(wěn)定保持在較高水平;(2)活性污泥對(duì)cod的去除起到了重要作用。在進(jìn)水cod變化較大的情況下,生物反應(yīng)器內(nèi)活性污泥的效能仍發(fā)揮得很好。除個(gè)別情況外,生物反應(yīng)器上清液的cod濃度可維持在80mg/l以下;(3)膜對(duì)系統(tǒng)的穩(wěn)定出水起到了決定性作用。盡管系統(tǒng)進(jìn)水水質(zhì)變化極大,cod濃度從100mg/l變化到700mg/l,上清液cod濃度也隨之有較大的變化,但膜出水cod濃度始終穩(wěn)定在30mg/l以下,滿足中水回用水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)的要求。
從圖3可以看出:(1)運(yùn)行基本穩(wěn)定后,系統(tǒng)對(duì)氨氮的去除率可達(dá)98%以上;(2)氨氮的去除主要靠生物反應(yīng)器中微生物的作用,膜對(duì)氨氮的截留作用很小;(3)在開始運(yùn)行的頭一周,系統(tǒng)基本上沒有硝化作用發(fā)生;運(yùn)行兩周后,系統(tǒng)的氨氮去除率達(dá)44%;運(yùn)行三周后,系統(tǒng)的氨氮去除率達(dá)98%。這說明膜的分離作用可使世代時(shí)間較長(zhǎng)的硝化細(xì)菌逐漸在系統(tǒng)中積累,使廢水中的氨氮得以發(fā)生充分的硝化反應(yīng),系統(tǒng)出水氨氮濃度在0.5mg/l以下。
此外,小試其它測(cè)定指標(biāo)表明,出水無(wú)ss和大腸桿菌檢出、無(wú)色無(wú)嗅,滿足建設(shè)部頒布的《生活雜用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》(cj25.1-89)。
2.2污泥增殖情況
圖4表示出一體式膜-生物反應(yīng)器中試系統(tǒng)中生物反應(yīng)器內(nèi)的污泥增殖情況。運(yùn)行前20天,由于進(jìn)水cod濃度較低(參見圖2),污泥生長(zhǎng)緩慢。為刺激污泥的生長(zhǎng),在進(jìn)水中投加了相當(dāng)于100~200mgcod/l的葡萄糖以增加進(jìn)水cod濃度,污泥濃度表現(xiàn)出明顯的上升趨勢(shì)。運(yùn)行第33~42天,由于反應(yīng)器水力循環(huán)條件不好而對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行改造,致使部分污泥流失,污泥濃度有所下降。運(yùn)行第42天后污泥濃度仍有降低現(xiàn)象是因?yàn)橥V雇都悠咸烟撬隆5?8天以后,再次投加葡萄糖,污泥濃度出現(xiàn)回升,vss在4.5g/l左右。
生物反應(yīng)器污泥的vss/ss的比值在試驗(yàn)期間內(nèi)基本無(wú)變化,在0.7~0.8之間,說明污泥中沒有無(wú)機(jī)物積累。
2.3膜過濾壓差的變化
圖5表示一體式膜-生物反應(yīng)器中試系統(tǒng)運(yùn)行過程中膜過濾壓差與膜通量隨時(shí)間的變化。在膜通量保持恒定時(shí),膜過濾壓差的變化反映了運(yùn)行過程中污染物在膜面的積累,即膜過濾阻力的變化情況。本試驗(yàn)為減緩啟動(dòng)階段的膜污染與堵塞,采用了膜通量分階段由小到大的運(yùn)行方式。首先將膜通量控制在4l/(m2.h)運(yùn)行一段時(shí)間,然后逐步增大至8.7l/(m2.h)穩(wěn)定運(yùn)行。然而,運(yùn)行第21天后,由于膜過濾壓差(即阻力)增長(zhǎng)很快,為達(dá)到長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行的目的,再次將膜通量降低至5l/(m2.h)運(yùn)行。
與小試試驗(yàn)時(shí)膜過濾壓差的上升情況[6]相比較,發(fā)現(xiàn)中試試驗(yàn)條件下膜過濾壓差的增長(zhǎng)速度較快。初步分析主要是由于以下三個(gè)原因造成的:
(1)初始設(shè)計(jì)時(shí)反應(yīng)器內(nèi)水力循環(huán)條件不夠好,導(dǎo)致膜面沖刷不夠,膜面污染物易于積累。運(yùn)行第35天至第41天時(shí)對(duì)反應(yīng)器進(jìn)行了改造,增強(qiáng)了反應(yīng)器內(nèi)的水力循環(huán),情況有所改善。
(2)在生物反應(yīng)器尚未達(dá)到穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)即開始了膜的分離運(yùn)行,啟動(dòng)階段污泥濃度太低,ss不足0.5g/l。污泥濃度太低,進(jìn)水中的有機(jī)物分解不完全,致使生物反應(yīng)器上清液中有許多未降解的溶解性cod有機(jī)物存在。這些有機(jī)物易引起膜面堵塞,導(dǎo)致膜過濾阻力(即膜過濾壓差)上升很快。有研究報(bào)道直接用膜過濾原污水比與生物反應(yīng)器聯(lián)用膜更易堵塞[7]。建議以后啟動(dòng)時(shí)先間歇運(yùn)行一段時(shí)間,待污泥增長(zhǎng)到一定濃度、生物反應(yīng)器運(yùn)行基本達(dá)穩(wěn)定后再開始膜過濾。
(3)在操作過程中的粗心造成了一部分微生物流入膜內(nèi)部通道,使膜內(nèi)表面受到污染。
為盡量延長(zhǎng)膜的穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)間,本試驗(yàn)嘗試了許多方法來減緩膜過濾阻力的上升。
(1)高壓水龍頭沖洗膜表面和停止抽吸出水空曝氣。如圖5的點(diǎn)1所示,對(duì)降低膜過濾壓差有一定的作用,分別使膜過濾壓差降低了6.58kpa,之后膜過濾壓差的增長(zhǎng)速度也有所減緩。分析原因可能是由于膜表面附著的泥餅很厚,空曝氣和膜面高壓水沖刷去除了膜表面上的泥餅,從而引起膜面阻力的降低。
(2)在線藥洗。采用5%的次氯酸鈉溶液,清洗了12h,膜過濾阻力壓差由52.63kpa降至44.74kpa(如圖5的點(diǎn)2所示),而后其變化很小,基本達(dá)到穩(wěn)定。
2.4膜長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行的主要控制條件
根據(jù)以上試驗(yàn)及運(yùn)行操作經(jīng)驗(yàn),總結(jié)維持膜長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行的主要控制條件如下:
(1)保持生物反應(yīng)器內(nèi)良好的水力循環(huán)條件。為維持膜面良好的水力沖刷作用,反應(yīng)器升降流通道的設(shè)計(jì)要合理,曝氣量要適當(dāng)。
(2)做好膜-生物反應(yīng)器的啟動(dòng)運(yùn)行工作。應(yīng)提高接種污泥的濃度,待生物反應(yīng)器運(yùn)行基本穩(wěn)定后再開始膜分離的運(yùn)行。
(3)注意膜的日常維護(hù)。可采取空曝氣、在線藥洗等一些簡(jiǎn)單的手段來減緩膜過濾阻力的增長(zhǎng)速度,延長(zhǎng)膜運(yùn)行時(shí)間。
(4)當(dāng)膜污染極為嚴(yán)重、日常維護(hù)作用不大時(shí),可將膜組件放到堿液和酸液中浸泡一定時(shí)間,以恢復(fù)膜的過濾性能。
(5)保持操作條件的穩(wěn)定。操作條件的經(jīng)常變化會(huì)促進(jìn)膜的堵塞過程,加速膜污染。
3技術(shù)經(jīng)濟(jì)性評(píng)價(jià)
將該工藝與傳統(tǒng)中水處理工藝(二級(jí)生物處理加混凝、沉淀、過濾)進(jìn)行了技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較,
4結(jié)論
(1)一體式中空纖維膜-生物反應(yīng)器工藝用于處理我國(guó)生活污水,達(dá)到回用水質(zhì)在技術(shù)上是可行的。110天以上的連續(xù)試驗(yàn)表明,無(wú)論進(jìn)水水質(zhì)如何變化,均能得到優(yōu)質(zhì)而穩(wěn)定的膜過濾出水:cod<30mg/l、nh3-n<1mg/l,且無(wú)色無(wú)味、無(wú)ss,并未檢出大腸桿菌,完全符合建設(shè)部頒布的《生活雜用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》(cj25.1-89)。
(2)系統(tǒng)總cod去除率達(dá)90%以上,大部分是在生物反應(yīng)器中去除的,膜分離截留部分cod,對(duì)維持穩(wěn)定的系統(tǒng)出水起到了決定性作用。
(3)系統(tǒng)對(duì)氨氮的去除率達(dá)98%以上,主要靠生物反應(yīng)器去除,膜的去除作用很小。
(4)生物反應(yīng)器的水力循環(huán)條件是影響膜穩(wěn)定運(yùn)行的重要因素之一。
(5)應(yīng)做好系統(tǒng)的啟動(dòng)運(yùn)行,注意膜的日常維護(hù),采用在線藥劑清洗和空曝氣等簡(jiǎn)單的手段減緩膜過濾阻力的上升,延長(zhǎng)穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)間。
(6)以經(jīng)濟(jì)性評(píng)價(jià)表明,一體式膜-生物反應(yīng)器用于處理生活污水實(shí)現(xiàn)回用,在經(jīng)濟(jì)上是可以接受的。其基建費(fèi)用較低,能耗與傳統(tǒng)中水處理工藝相差不多。
參考文獻(xiàn)
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(一)農(nóng)村水環(huán)境污染現(xiàn)狀
農(nóng)村水環(huán)境是指分布在廣大農(nóng)村的河流、湖沼、溝渠、池塘、水庫(kù)等地表水體、土壤水和地下水體的總稱。我國(guó)總計(jì)有鄉(xiāng)鎮(zhèn)45412個(gè),村民委員會(huì)739980個(gè),鄉(xiāng)村戶數(shù)23692.7萬(wàn)戶,鄉(xiāng)村人口達(dá)91960萬(wàn)人。農(nóng)村人口分散,人口數(shù)量多,沒有任何生活污水的收集和處理設(shè)施,這使農(nóng)村生活污染源成為影響水環(huán)境的重要因素。據(jù)測(cè)算,全國(guó)農(nóng)村每年產(chǎn)生生活污水80多億噸,嚴(yán)重污染了農(nóng)村地區(qū)居住環(huán)境,農(nóng)村大部分地區(qū)河、湖等水體普遍受到污染,飲用水水質(zhì)安全受到嚴(yán)重威脅,直接危害農(nóng)民的身體健康,嚴(yán)重影響農(nóng)村地區(qū)的環(huán)境衛(wèi)生,極易導(dǎo)致一些流行性疾病的發(fā)生與傳播。據(jù)估算,農(nóng)村環(huán)境問題每年造成的經(jīng)濟(jì)損失已超過千億元,我國(guó)農(nóng)村環(huán)境與生態(tài)狀況令人擔(dān)憂。
改革開放的三十多年來,我國(guó)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)能力獲得了較大幅度的提高。畜禽散養(yǎng)戶的不斷增多,大量畜禽糞便沒有處理就直接排放,糞便污染逐年加重。有資料顯示,養(yǎng)殖一頭豬所產(chǎn)生的廢水是一個(gè)人的7倍,而養(yǎng)殖一頭牛則是22倍。這些有機(jī)物未經(jīng)處理,滲入地下或進(jìn)入地表水,使水環(huán)境中硝態(tài)氮、硬度和細(xì)菌總數(shù)超標(biāo),嚴(yán)重威脅著居民飲用水的安全。
(二)農(nóng)村污水特點(diǎn)
農(nóng)村生活污水的特點(diǎn):廚房炊事用水、沐浴、洗滌用水和沖洗廁所用水,這些用水分散,農(nóng)村沒有任何收集的設(shè)施,隨著雨水的沖刷,隨著地表流入河流、湖沼、溝渠、池塘、水庫(kù)等地表水體、土壤水和地下水體,其中有機(jī)物含量大是其主要的特點(diǎn)。
1.水質(zhì)特點(diǎn)。(1)農(nóng)村村鎮(zhèn)人口較少,分布廣泛且分散,大部分沒有污水排放管網(wǎng);(2)農(nóng)村生活污水濃度低,變化大;(3)大部分農(nóng)村生活污水的性質(zhì)相差不大,水中基本上不含有重金屬和有毒有害物質(zhì)(但隨著人們生活水平的提高,部分生活污水中可能含有重金屬和有毒有害物質(zhì)),含一定量的氮、磷,水質(zhì)波動(dòng)大,可生化性強(qiáng);(4)不同時(shí)段的水質(zhì)不同;(5)廁所排放的污水水質(zhì)較差,但可進(jìn)入化糞池用作肥料。
2.水量特征。(1)一般農(nóng)村的生活污水量都比較小,除小城鎮(zhèn)外,農(nóng)村人口居住分散,水量相對(duì)較少,相應(yīng)地產(chǎn)生的生活污水量也較小;(2)變化系數(shù)大,居民生活規(guī)律相近,導(dǎo)致農(nóng)村生活污水排放量早晚比白天大,夜間排水量小,甚至可能斷流,水量變化明顯,即無(wú)水排放呈不連續(xù)狀態(tài),具有變化幅度大的特點(diǎn);(3)在上午、中午、下午都有一個(gè)高峰時(shí)段。
二、農(nóng)村生活污水處理技術(shù)的選擇
(一)污水處理技術(shù)路線
農(nóng)村污水處理技術(shù)的選擇要量力而行,充分考慮到農(nóng)村地區(qū)財(cái)力狀況薄弱、農(nóng)民實(shí)際承受能力較低這一普遍情況,處理工藝的選擇不能盲目攀比,不能一味地選擇時(shí)髦先進(jìn)、處理效果好、自動(dòng)化控制水平很高的處理工藝,而著重應(yīng)該考慮選用既成熟可靠,又適合農(nóng)村特點(diǎn)和實(shí)際的污水處理適用技術(shù)。建議污水處理技術(shù)的選擇優(yōu)先達(dá)到兩個(gè)目標(biāo):一是達(dá)標(biāo)排放或回用;二是注重經(jīng)濟(jì)適用,運(yùn)行成本低,管理維護(hù)簡(jiǎn)單。
目前國(guó)內(nèi)外應(yīng)用農(nóng)村生活污水治理的處理技術(shù)比較多,名稱也多種多樣,但從工藝原理上通常可歸為兩類:第一類是自然處理系統(tǒng)。利用土壤過濾、植物吸收和微生物分解的原理,又稱為生態(tài)處理系統(tǒng),常用的有:人工濕地處理系統(tǒng)、地下土壤滲濾凈化系統(tǒng)等;第二類是生物處理系統(tǒng),又可分為好氧生物處理和厭氧生物處理。好氧生物處理是通過動(dòng)力給污水充氧,培養(yǎng)微生物菌種,利用微生物菌種分解、消耗吸收污水中的有機(jī)物、氮和磷,常用的有:普通活性污泥法、AO法、生物轉(zhuǎn)盤和SBR法等。厭氧生物處理是利用厭氧微生物的代謝過程,在無(wú)需提供氧氣的情況下把有機(jī)污染物轉(zhuǎn)化為無(wú)機(jī)物和少量的細(xì)胞物質(zhì),常用的有:厭氧接觸法、厭氧濾池、UASB升流式厭氧污泥床等。
(二)人工濕地處理系統(tǒng)
有條件的村莊,應(yīng)充分利用現(xiàn)有的農(nóng)田灌排渠道與附近的荒地、廢塘、洼地和沼澤地等,建設(shè)人工濕地處理系統(tǒng)。
污水濕地處理系統(tǒng)分自然和人工濕地處理系統(tǒng),自然濕地就是自然的沼澤地,人工濕地污水處理技術(shù)是一種基于自然生態(tài)原理,使污水處理達(dá)到工程化、實(shí)用化的新技術(shù)。將污水有控制地投配到土壤經(jīng)常處于飽和狀態(tài)、生長(zhǎng)有象蘆葦、香蒲等沼澤生植物的土地上,利用植物根系的吸收和微生物的作用,并經(jīng)過多層過濾,來達(dá)到降解污染、凈化水質(zhì)的目的,它是一種充分利用地下人工介質(zhì)中棲息的植物、微生物、植物根系,以及介質(zhì)所具有的物理、化學(xué)特性,將污水凈化的天然與人工處理相結(jié)合的復(fù)合工藝。濕地處理系統(tǒng)工藝設(shè)備簡(jiǎn)單、運(yùn)轉(zhuǎn)維護(hù)管理方便、能耗低、工程基建低、運(yùn)行費(fèi)用低、對(duì)進(jìn)水負(fù)荷的適應(yīng)性強(qiáng),能耐受沖擊負(fù)荷,凈化出水水質(zhì)良好、穩(wěn)定。缺點(diǎn)占地面積大,易受氣候影響,表面徑流的臭味比較大。
(三)地下土壤滲濾凈化系統(tǒng)
分散的幾戶或十幾戶人家適合采用地下土壤滲濾凈化系統(tǒng)。
地下土壤滲濾凈化系統(tǒng)是一種基于自然生態(tài)原理,予以工程化、實(shí)用化而創(chuàng)造出的一種新型小規(guī)模污水凈化工藝技術(shù),是將污水有控制地投配到經(jīng)一定構(gòu)造、距地面約50cm深和具有良好擴(kuò)散性能的土層中。投配污水緩慢通過布水管周圍的碎石和砂層,在土壤毛管作用下向附近土層中擴(kuò)散。表層土壤中有大量微生物,作物根區(qū)處于好氧狀態(tài),污水中的污染物質(zhì)被過濾、吸附、降解。所以地下滲濾的處理過程非常類似于污水慢速滲濾處理過程。由于負(fù)荷低,停留時(shí)間長(zhǎng),水質(zhì)凈化效果非常好,而且穩(wěn)定。地下土壤滲濾凈化系統(tǒng)建設(shè)容易、維護(hù)管理簡(jiǎn)單,基建投資少,運(yùn)行費(fèi)用低。整個(gè)處理裝置放在地下,不損害景觀,不產(chǎn)生臭氣。
(四)好氧生物處理系統(tǒng)
好氧生物處理系統(tǒng)是新農(nóng)村污水處理中最常用的一種處理技術(shù)。好氧生物處理工藝眾多,各有優(yōu)缺點(diǎn),選擇時(shí)要根據(jù)實(shí)際情況仔細(xì)論證和比選,注重經(jīng)濟(jì)適用。
生物處理法就是通過風(fēng)機(jī)等設(shè)備給污水輸氧,培養(yǎng)生物菌種和微生物,通過菌種和微生物把污水中的大部分有機(jī)物分解為無(wú)污染的二氧化碳、水等物質(zhì),少部分合成為細(xì)胞物質(zhì),促使微生物增長(zhǎng),并以剩余污泥的形式排出,使污水得以凈化排放。如SBR法,集曝氣、沉淀、排水功能于一體,不斷地轉(zhuǎn)換,省去了傳統(tǒng)的污泥回流設(shè)備,大大降低了建設(shè)費(fèi)用;A20法具有脫氮、除磷功能,還有如生物轉(zhuǎn)盤處理工藝、膜生物反應(yīng)器處理工藝等。生物處理法和自然處理系統(tǒng)比較,占地面積小,抗氣候等外界影響的能力強(qiáng),建設(shè)的地點(diǎn)選擇范圍大,處理穩(wěn)定,處理效率高。但基建投資、運(yùn)行成本要高于自然處理系統(tǒng)。
(五)厭氧生物處理系統(tǒng)
我國(guó)從上個(gè)世紀(jì)80年代開始開展生活污水厭氧生物法的開發(fā)和研制工作,許多形式各異的無(wú)動(dòng)力或微動(dòng)力的低能耗型一體化污水處理裝置得到應(yīng)用。如無(wú)動(dòng)力地埋式生活污水處理裝置采用無(wú)動(dòng)力厭氧生物膜技術(shù),工藝流程簡(jiǎn)單,不耗能,全部埋于地下,也無(wú)需專人管理。與好氧生物處理相比,無(wú)動(dòng)力地埋式生活污水處理裝置技術(shù)設(shè)備的基建投資略高于好氧處理,無(wú)日常運(yùn)行費(fèi)用的支出。
厭氧生物法目前技術(shù)上還存在一些問題,主要表現(xiàn)在生物處理效率較低,尤其表現(xiàn)為氮磷去除率很低,在一定程度上限制了其應(yīng)用。
[關(guān)鍵詞]水污染;營(yíng)養(yǎng)元素;水生植物;凈化
中圖分類號(hào):X703 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A 文章編號(hào):1009-914X(2016)11-0213-01
1 緒論
水污染是一個(gè)世界性問題,它會(huì)導(dǎo)致水資源的可利用性能降低,自然水生態(tài)系的逐漸退化。我國(guó)是水資源短缺的國(guó)家,日趨嚴(yán)重的水污染不僅降低了水體的使用功能,還進(jìn)一步加劇了水資源的短缺,對(duì)我國(guó)正在實(shí)施的資源可持續(xù)利用戰(zhàn)略帶來了嚴(yán)重的負(fù)面影響,尤其嚴(yán)重地威脅到城鄉(xiāng)居民的飲水安全和人民群眾的身體健康。目前,越來越多的專家與學(xué)者關(guān)注生物學(xué)處理法,尤其是水生、濕生植物處理法,它不僅能起到凈化水的作用,還能改善生態(tài)環(huán)境,促進(jìn)退化水生態(tài)系的恢復(fù)。
城市水環(huán)境改善的主要內(nèi)容就是對(duì)河湖水體的修復(fù)。我國(guó)在利用生物生態(tài)治理技術(shù)對(duì)河、湖進(jìn)行綜合治理方面起步較晚,大部分都還只是處于試驗(yàn)階段,并且水體污染情況與國(guó)外有所不同,各地的水體污染種類和污染程度也不同。目前國(guó)內(nèi)外研究較多的生物生態(tài)處理技術(shù)主要有人工濕地技術(shù)、人工浮床技術(shù)、人工沉床技術(shù)、河道曝氣技術(shù)、生物投菌技術(shù)。
2 我國(guó)污水處理的問題
我國(guó)的污水處理事業(yè)的實(shí)際情況是污水處理率低,很多老城區(qū)的排水管網(wǎng)甚至不成系統(tǒng)。城市污水處理能力增長(zhǎng)緩慢和污水處理率低是造成我國(guó)水環(huán)境污染的主要原因,由此導(dǎo)致了水環(huán)境的持續(xù)惡化,并嚴(yán)重的制約了我國(guó)經(jīng)濟(jì)與社會(huì)的發(fā)展。我國(guó)城市污水處理能力增長(zhǎng)緩慢的主要原因可以歸結(jié)為以下三個(gè)方面:
2.1 污水處理技術(shù)落后
城市污水處理技術(shù)是城市污水處理設(shè)施能否高效運(yùn)轉(zhuǎn)的關(guān)鍵;長(zhǎng)期以來,我國(guó)的污水處理技術(shù)都是沿襲了歐美國(guó)家近百年來的路線和處理技術(shù),在吸收、消化國(guó)外技術(shù)的同時(shí)也形成了自己的技術(shù),城市污水處理技術(shù)有了很大的發(fā)展,但是我國(guó)現(xiàn)階段采用的污水處理技術(shù)與同期國(guó)外的技術(shù)水平相比依然還很落后,始終存在效率低、能耗高、維修率高、自動(dòng)化程度低等缺點(diǎn),從而影響它們?cè)谖鬯幚韽S投標(biāo)中的競(jìng)爭(zhēng)力。
2.2 資金短缺,投資力度不夠
城市污水處理系統(tǒng)是城市的重要基礎(chǔ)設(shè)施之一,也是防止水污染、改善城市水環(huán)境質(zhì)量的重要手段,為發(fā)展我國(guó)的城市污水處理,使水環(huán)境污染得到有效的控制,資金是個(gè)根本問題。我國(guó)經(jīng)濟(jì)水平相對(duì)于發(fā)達(dá)國(guó)家還比較落后,用于水污染治理的資金還很緊缺,不可能完全照搬國(guó)外的技術(shù)和模式,依靠大規(guī)模建設(shè)城市污水處理廠來改善水環(huán)境在現(xiàn)階段實(shí)現(xiàn)的可能性不大。即使修建了城市污水處理廠,其高昂的運(yùn)行維護(hù)管理費(fèi)用也是城市污水處理率低,水體污染嚴(yán)重的主要原因之一。據(jù)清華大學(xué)紫光顧問公司調(diào)查:我國(guó)污水處理設(shè)備運(yùn)行狀況是l/3運(yùn)行正常、1/3不正常、l/3處于閑置狀態(tài),污水處理廠的實(shí)際運(yùn)轉(zhuǎn)率只能達(dá)到50%,我國(guó)污水的實(shí)際處理率遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于污水處理設(shè)施的處理能力。雖然近幾年國(guó)家對(duì)污水處理投資有所增加,但與國(guó)外相比還差距甚遠(yuǎn),遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足需要。所以我國(guó)應(yīng)通過宏觀調(diào)控調(diào)整投資結(jié)構(gòu),加大對(duì)城市排水和城市污水處理設(shè)施的投入。
2.3 管理水平低
傳統(tǒng)的處理技術(shù)較復(fù)雜,我國(guó)目前操作人員的技術(shù)素質(zhì)及管理水平不能適應(yīng),這樣就造成了即使已建成的污水廠也不能正常運(yùn)行,嚴(yán)重制約了已建城市污水廠的正常運(yùn)行。
污水處理技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)是簡(jiǎn)易、高效率、低能耗我國(guó)是一個(gè)發(fā)展中國(guó)家,人口眾多、生產(chǎn)力落后、經(jīng)濟(jì)基礎(chǔ)薄弱是我國(guó)的實(shí)際國(guó)情,面對(duì)人民群眾急需解決的生存壓力,各級(jí)政府部門不得不把發(fā)展經(jīng)濟(jì)作為其首要任務(wù)。目前,我國(guó)很多大城市已經(jīng)開始著手進(jìn)行污水處理廠建設(shè)的規(guī)劃和建設(shè)計(jì)劃工作,但在廣大中小城市(鎮(zhèn))還沒有將污水處理建設(shè)納入城市發(fā)展的議題,其主要原因之一就是沒有專門的建設(shè)資金。
隨著我國(guó)城市化進(jìn)程的加快,中小城市(鎮(zhèn))的發(fā)展十分迅速,全國(guó)l9200多個(gè)建制鎮(zhèn)絕大多數(shù)都沒有污水處理設(shè)施。目前,中小城市(鎮(zhèn))的污水排放量約占全國(guó)污水排放總量的一半以上,隨著未來50年小城鎮(zhèn)建設(shè)的快速發(fā)展,生活污水和工業(yè)廢水的排放量將會(huì)數(shù)倍、甚至十幾倍的增加,勢(shì)必加劇水環(huán)境的惡化。中小城市(鎮(zhèn))和大城市在水系上是相通的,而且往往處于大城市的上游,中小城鎮(zhèn)的污水治理工作做不好,大城市污水處理率即使達(dá)到一個(gè)很高的水平,水環(huán)境的質(zhì)量也不會(huì)有明顯改善。因此,要改善我國(guó)水環(huán)境被污染和繼續(xù)惡化的狀況,保護(hù)我國(guó)緊缺的水資源,除了要刻不容緩地對(duì)大城市的城市污水進(jìn)行處理外,中小城市(鎮(zhèn))污水也應(yīng)該引起足夠的重視。由于這些中小城市(鎮(zhèn))和大城市經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平、排水體制、基礎(chǔ)資料、融資渠道等有很大的不同,因此不可能也不應(yīng)該把大城市的污水治理工藝、技術(shù)裝備等搬用到中小城市(鎮(zhèn))的污水處理廠中去。就目前的發(fā)展?fàn)顩r來看,在中小城市污水處理方面,尚缺乏適合我國(guó)實(shí)際國(guó)情的污水處理技術(shù)和設(shè)備,缺乏資金和管理經(jīng)驗(yàn)。因此,探索和發(fā)展適合我國(guó)國(guó)情的中小城市(鎮(zhèn))污水處理工藝,掌握一批在中小城市(鎮(zhèn))具有代表性的污染源的治理技術(shù)和城市污水處理技術(shù),就勢(shì)在必行。
由于我國(guó)是發(fā)展中國(guó)家,財(cái)力有限,用于基礎(chǔ)設(shè)施上的資金在大城市和中小城鎮(zhèn)之間的分配嚴(yán)重不平衡,如近期國(guó)家、省、市把投資的重點(diǎn)放在支持城市污水處理廠的建設(shè)上,對(duì)縣及以下建制鎮(zhèn)污水處理設(shè)施建設(shè)的扶持較少。另一個(gè)中小城鎮(zhèn)有別于大城市的特點(diǎn)是從業(yè)人員的技術(shù)水平和管理水平較低,這在一定程度上對(duì)污水處理廠運(yùn)行操作的難易程度提出了要求。污水處理是能源密集型的綜合技術(shù),污水處理的能耗與所處理的污水量、水質(zhì)、采用的工藝方法、運(yùn)行方式、處理程度及操作管理有關(guān)。
3 水生植物對(duì)城市生活污水的凈化
以上這些因素就決定了應(yīng)用于中小城市(鎮(zhèn))的污水處理技術(shù)首先必須經(jīng)濟(jì)、高效、節(jié)省能耗和簡(jiǎn)便易行。因此,研究和開發(fā)對(duì)傳統(tǒng)工藝的改造和替代的新工藝,發(fā)展具有獨(dú)立自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的、處理效果好且高效率低能耗的污水處理技術(shù),是我國(guó)當(dāng)前污水治理領(lǐng)域的一項(xiàng)主要任務(wù)。
目前,在高效率低能耗污水處理技術(shù)方面的研究已取得了不少進(jìn)展,也開發(fā)出了一些經(jīng)濟(jì)實(shí)用的污水處理技術(shù)。下面所列的技術(shù)一般認(rèn)為是可行且適合我國(guó)國(guó)情的高效低能耗中小城鎮(zhèn)污水處理工藝:a)強(qiáng)化的一級(jí)處理技術(shù);b)城市污水生態(tài)工程處理技術(shù);c)高負(fù)荷的城市污水生物化學(xué)處理技術(shù);d)厭氧及不完全厭氧處理技術(shù);e)高負(fù)荷生物曝氣濾池、生物附著生長(zhǎng)技術(shù)處理城市污水處理工藝:f)現(xiàn)有城市污水處理的革新工藝。
采用植物凈化污水,較符合我國(guó)的國(guó)情,它不僅投資少、運(yùn)行費(fèi)用低、還有以下優(yōu)點(diǎn):(1)處理污水中營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)(N、P)及其他污染物等方法簡(jiǎn)單,易操作。(2)植物資源可回收再利用,并獲得一定經(jīng)濟(jì)效益。(3)環(huán)境擾動(dòng)少。(4)有較高美化環(huán)境價(jià)值,易為社會(huì)接受。當(dāng)然,它也有不足之處:(1)植物系統(tǒng)易遭蟲害、應(yīng)注意防蟲。(2)植物的枯枝敗葉易造成營(yíng)養(yǎng)釋放,應(yīng)注意及時(shí)清理,另外植物死亡后應(yīng)該及時(shí)補(bǔ)栽。(3)在冬季多數(shù)植物地上部分枯死,凈化效果有所降低。(4)植物凈化系統(tǒng)一般占地面積較大。如果我們充分發(fā)揮其優(yōu)點(diǎn),彌補(bǔ)或避免其不足,合理進(jìn)行利用,那么植物凈化在發(fā)展中乃至發(fā)達(dá)國(guó)家的應(yīng)用應(yīng)該具有廣闊前景。
關(guān)鍵詞:接觸氧化,活性污泥,復(fù)合生物反應(yīng)器,生活污水
Domestic Sewage Treatment Performance Using Hybrid Bioreactor
Yang Nai-peng
(Xingtai Environmental Inspection Detachment, Xingtai 05400, China)
Abstract: Hybrid Bioreactor based on the bio-contact oxidation process, combining both suspended growth-activated sludge and attached growth-biofilm in one bioreactor by addingcarriers into the mixed suspension demonstrated a promising effective treatment of domestic sewage. Experimental results showed that when the hydraulic retention time was 3h and air/water ration was 2:1, COD loading rates was 2.72kg/(m3•d) , the effluent COD, NH3-N , TN, SS concentration can up to national primary emission standard of wastewater.
Keywords: bio-contact oxidation , activated sludge, hybrid bioreactor, domestic sewage
中圖分類號(hào):U664.9+2文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼: A 文章編號(hào):
引言
復(fù)合式生物反應(yīng)器(HBR)是近年來頗受關(guān)注的新型污水處理工藝[1],其特點(diǎn)是在活性污泥曝氣池中投加填料作為微生物附著生長(zhǎng)的載體,進(jìn)而形成懸浮生長(zhǎng)的活性污泥和附著生長(zhǎng)的生物膜,共同承擔(dān)去除污水中有機(jī)物的任務(wù)[2,3],與傳統(tǒng)活性污泥法(CAS)相比,HBR系統(tǒng)一是通過投加生物載體供微生物附著生長(zhǎng),可提高反應(yīng)器中的生物量,在較高有機(jī)負(fù)荷下增強(qiáng)了對(duì)有機(jī)物的去除能力;二是可使絲狀菌優(yōu)先附著生長(zhǎng)在載體上,從而改善污泥的沉降性能,防止污泥膨脹,提高系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性[2];三是世代時(shí)間較長(zhǎng)的硝化菌優(yōu)先附著在載體上,使硝化作用不受懸浮生長(zhǎng)的固體停留時(shí)間(SRT)的影響,從而提高系統(tǒng)的脫氮功效[1,3,4]。本研究在接觸氧化法基礎(chǔ)上,在活性污泥法反應(yīng)器中添加懸掛填料,形成懸浮生長(zhǎng)微生物(活性污泥)和附著生長(zhǎng)微生物(生物膜)的復(fù)合生物反應(yīng)器,進(jìn)而研究了對(duì)生活污水的處理效果。
1 試驗(yàn)材料和方法
1.1 載體
試驗(yàn)中所用載體為某公司生產(chǎn)的親水性丙烯酸酯纖維制成的柔性填料,由中心支撐線以及固定在上面的細(xì)絲(直徑3mm)組成。其中支撐線由四股線緊密編織形成,細(xì)絲固定在支撐線中間。每米填料上大約有200根細(xì)絲。細(xì)絲表面具有微毛刺,用以增加填料的比表面積[5],方便掛膜,并且能吸附眾多的小氣泡,使氣水接觸時(shí)間增加,提高氧的轉(zhuǎn)移量,保持生物膜的活性。掛膜后隨著水流的推動(dòng)能在反應(yīng)器中隨水流擺動(dòng),不結(jié)團(tuán)、不堵塞,可以加速表面老化膜的更新速度。
1.2 反應(yīng)器
反應(yīng)器結(jié)構(gòu)如圖1。由接觸氧化池以及沉淀池構(gòu)成。其中接觸氧化池高為1.0m,有效容積為10L,分為升流區(qū)和降流區(qū)兩部分,由塑料板隔開,填料掛在塑料板上,其容積之比約為1:3,升流區(qū)底部裝有曝氣砂條曝氣,同時(shí)推動(dòng)水流上升。沉淀池容積約為2L。
1.3 試驗(yàn)用水
試驗(yàn)裝置放置于中國(guó)礦業(yè)大學(xué)環(huán)保樓內(nèi),試驗(yàn)用生活污水來自環(huán)保樓生活污水,原水水質(zhì)如表1所示。
表1 試驗(yàn)所用生活污水水質(zhì)
1.4 試驗(yàn)方法
實(shí)驗(yàn)反應(yīng)器采用連續(xù)進(jìn)水,過程分為啟動(dòng)階段和穩(wěn)定運(yùn)行兩個(gè)階段。啟動(dòng)階段所用污泥取自清河污水處理廠。實(shí)驗(yàn)開始時(shí),向反應(yīng)器中加入濃度為5g/L的活性污泥,曝氣24小時(shí)后小流量(20L/d)進(jìn)水,同時(shí)以回流比為1對(duì)污泥進(jìn)行回流,啟動(dòng)階段持續(xù)兩個(gè)星期。待反應(yīng)器出水穩(wěn)定后,調(diào)整水力停留時(shí)間(HRT)為4h,3h,2h,曝氣量(Qg)=0.3m3/h。
1.進(jìn)水泵2.曝氣砂條3.填料4.回流污泥泵
圖1 反應(yīng)器示意圖
Fig. 1 Schematic diagram of the experimental system
試驗(yàn)中所測(cè)指標(biāo)COD、NH3-N、TN以及SS均采用標(biāo)準(zhǔn)法[7]測(cè)定。
2 試驗(yàn)結(jié)果分析
2.1 COD去除效果
不同HRT下對(duì)COD處理效果如圖2所示。從圖中可以看出搖動(dòng)載體生物膜反應(yīng)器對(duì)生活污水COD有良好的去除效果。隨著HRT的減小出水值略呈上升趨勢(shì),3個(gè)階段出水均值均低于50mg/L,達(dá)到國(guó)家城鎮(zhèn)二級(jí)污水處理廠一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)60mg/L,特別是HRT=4h,3h時(shí)出水COD均值為40mg/L,滿足城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)中的一級(jí)排放A級(jí)標(biāo)準(zhǔn)的50mg/L。
圖2 不同HRT下進(jìn)出水COD之間關(guān)系
Fig. 2 Relation of COD at different HRT
2.2 NH3-N的去除效果
不同HRT下NH3-N處理效果如圖3所示。由圖中可以看出搖動(dòng)載體生物膜反應(yīng)器具有很強(qiáng)的硝化能力,對(duì)氨氮有良好的去除效果。在HRT=4h,3h,2h,進(jìn)水均值為35mg/L的條件下,氨氮出水均值小于5mg/L,完全滿足城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)中的一級(jí)排放A級(jí)標(biāo)準(zhǔn)的5mg/L,氨氮的去除率都在90%以上。
圖3 不同HRT下進(jìn)出水NH3-N之間關(guān)系
Fig. 3 Relation of NH3-N at different HRT
2.3 TN去除效果
復(fù)合生物反應(yīng)器對(duì)TN的去除效果如圖4所示。由圖上可以看出,在進(jìn)水TN為30~40mg/L,在三個(gè)不同水力停留時(shí)間下,氣水比為3:1情況下,復(fù)合反應(yīng)器對(duì)TN的平均去除率為28%,平均出水值為25mg/L。由脫氮原理可知,總氮包括氨氮、有機(jī)氮和硝態(tài)氮等形態(tài),在好氧生化池內(nèi)氨氮轉(zhuǎn)化為硝態(tài)氮只是氮的形態(tài)發(fā)生了改變,就總氮數(shù)量而言并沒有減少,只有使硝態(tài)氮在厭氧環(huán)境下進(jìn)行反硝化并最終以氣態(tài)氮的形式從污水中逸出,才能使系統(tǒng)的總氮含量降低。而在高的DO情況下,即使在高濃度的附著型污泥絮體內(nèi)部也很難形成缺氧區(qū),因而使得微環(huán)境反硝化過程受到抑制,總氮的去除并不理想[8];考慮到接觸氧化反應(yīng)器中溶解氧較高為5~7mg/L,故調(diào)整氣水比為2:1,在HRT=3h情況下對(duì)TN去除效果如圖5所示。當(dāng)DO降至3mg/L時(shí),總氮的去除率有所升高,這是由于隨著反應(yīng)時(shí)間的增加以及反應(yīng)器內(nèi)溶解氧的降低使反應(yīng)器內(nèi)反硝化能力得到加強(qiáng),由圖中可以看出TN去除效果有了一定的提高,出水均值降到15mg/L左右。
圖4 不同HRT下進(jìn)出水TN之間關(guān)系
Fig. 4 Relation of TN at different HRT
2.4 對(duì)SS的去除效果
復(fù)合生物反應(yīng)器對(duì)SS的去除效果如圖6所示。由圖上可以看出生活污水的進(jìn)水SS很不穩(wěn)定在17mg/L與147mg/L之間波動(dòng),但是復(fù)合反應(yīng)器出水SS保持了一個(gè)很穩(wěn)定的狀態(tài),出水SS低于20mg/L,平均去除率達(dá)到91%。
圖5 氣水比為2:1下進(jìn)出水TN之間關(guān)系
Fig. 5 Relation of TN at A/W was 2:1
圖6 不同HRT下進(jìn)出水SS之間關(guān)系
Fig. 6 Relation of SS at different HRT
2.5 增加進(jìn)水負(fù)荷對(duì)處理效果影響
試驗(yàn)中通過調(diào)整HRT來改變進(jìn)水負(fù)荷的大小。進(jìn)水負(fù)荷與出水COD之間關(guān)系圖7所示。由圖7可以看出,隨著水力停留時(shí)間的減少,進(jìn)水負(fù)荷的增加,出水濃度略有上升,不同水力停留時(shí)間下出水COD在50mg/L左右。在HRT=3h,進(jìn)水負(fù)荷為2.72kg/(m3•d)情況下,出水COD也僅有47mg/L,這說明復(fù)合生物反應(yīng)器具有較高的抗沖擊能力和良好的混合流態(tài) [11],使生活污水在短時(shí)間內(nèi)得到迅速的降解,并且具有在較高進(jìn)水負(fù)荷出水穩(wěn)定的優(yōu)點(diǎn)。
圖7 進(jìn)水負(fù)荷與出水COD之間關(guān)系
Fig. 7 Relation of COD at different COD loading
圖8 進(jìn)水負(fù)荷與出水NH3-N之間關(guān)系
Fig. 8 Relation of NH3-N at different COD loading
圖8反映了進(jìn)水負(fù)荷與出水NH3-N之間關(guān)系。由圖8可以看出,隨著水力停留時(shí)間的縮短,即進(jìn)水負(fù)荷的增加,出水濃度有所增大但是增加幅度不大,不同水力停留時(shí)間下出水NH3-N低于5mg/L。在HRT=3h,進(jìn)水負(fù)荷為2.72kg/(m3•d)情況下,出水NH3-N也僅有1.2mg/L,這表明復(fù)合生物反應(yīng)器由于強(qiáng)化了三相傳質(zhì),形成了良好的好氧生化環(huán)境,具有了較強(qiáng)的硝化能力,使生活污水中的NH3-N在短時(shí)間內(nèi)得到了迅速的降解。
2.6 復(fù)合生物反應(yīng)器生物膜及其生物相
通過鏡檢發(fā)現(xiàn),復(fù)合生物反應(yīng)器中懸浮相與附著相上有大量的菌膠團(tuán)和絲狀菌,其中絲狀菌優(yōu)先附著在生物膜上。搖動(dòng)載體生物膜反應(yīng)器中棲息的原生動(dòng)物與后生動(dòng)物也非常豐富,相比較而言,懸浮相和附著相原生動(dòng)物中兩相中原生動(dòng)物的種類大體相當(dāng),但其數(shù)量附著相多一些,這說明在生物凈化過程中生物膜起到了重要作用。
3 結(jié)論
(1) 復(fù)合反應(yīng)器(HBR)工藝結(jié)構(gòu)緊湊,占地小,處理成本較低,該工藝耐有機(jī)物沖擊負(fù)荷,工作穩(wěn)定運(yùn)行簡(jiǎn)單,管理容易。
(2) 復(fù)合反應(yīng)器(HBR)具有在較高COD進(jìn)水負(fù)荷且較低水力停留時(shí)間下出水穩(wěn)定的優(yōu)點(diǎn)。當(dāng)進(jìn)水COD為120~318mg/L,NH3-N為27~37mg/L,進(jìn)水負(fù)荷為2.72kg/(m3•d),水力停留時(shí)間為3h,氣水比為2:1時(shí),出水COD、NH3-N、TN和SS達(dá)到國(guó)家城鎮(zhèn)二級(jí)污水處理廠一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。
(3) 通過鏡檢發(fā)現(xiàn),復(fù)合反應(yīng)器中懸浮相與附著相上有大量的菌膠團(tuán)、絲狀菌和原后生動(dòng)物,其中附著相生物量明顯多與懸浮相,這說明在生物凈化過程中生物膜起著重要作用。
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【關(guān)鍵詞】生活污水處理;技術(shù)開發(fā);問題探討
【Abstract】Haven't spread at the city soil pipe net or impossible arrive, or haven't built up city wastewater treatment the residence small area of city of the factory, life the wastewater treatment have been the problem that can hardly solve.Past the in common use septic tank precipitate with be disgusted with oxygen to ferment, although clean a function towards suspending material and parasite egg to have certainly of, the BOD5 clean a rate very low, and don't have nitrogen of take off in addition to Lin function, already can't satisfy water pollution prevention and cure and water environmental protection of demand.In recent years be applicable to the small scaled wastewater treatment station of the residence small area and the technique of the wastewater treatment equipments development development quick.This text has drafted the result of this aspect to carry on discuss, and to existence of the problem put forward viewpoint.
【Key words】Life wastewater treatment;Technique development;Problem study
1. 技術(shù)開發(fā)
住宅小區(qū)生活污水處理技術(shù)的沿革,經(jīng)歷了從單一工藝到組合工藝的過程。從是否需氧的角度考察,則沿著“厭氧好氧厭氧+好氧厭氧+缺氧”的軌跡發(fā)展。從去除對(duì)象來看,早期技術(shù)僅能去除SS物質(zhì),而現(xiàn)在的工藝還具備脫氮除磷功能。下面介紹幾種目前常用的處理技術(shù)和設(shè)備。
1.1生物接觸氧化法。生物接觸氧化法,是一種介于活性污泥法和生物膜法的污水生物處理技術(shù),兼?zhèn)鋬烧叩膬?yōu)點(diǎn)。其主要構(gòu)筑物為生物接觸氧化池,池內(nèi)充填填料。已經(jīng)充氧的污水以一定的流速流經(jīng)被其浸沒的填料,在填料上形成生物膜。污水與生物膜廣泛接觸,在生物膜上微生物的作用下,有機(jī)污染物得到去除,污水得到凈化。由于池內(nèi)具備適于微生物棲息增殖的良好環(huán)境條件,因此,生物膜上生物相豐富、食物鏈長(zhǎng)、微生物濃度高、活性強(qiáng),不產(chǎn)生污泥膨脹,污泥生成量少,且易于沉淀。生物接觸氧化法具有多種凈化功能,除有效地去除有機(jī)物外,如運(yùn)行得當(dāng),還能夠脫氧和除磷。
生物接觸氧化法的關(guān)鍵部位是填料。傳統(tǒng)的蜂窩狀塑料管較易堵塞,現(xiàn)在常采用吊掛式軟性填料和懸浮或半懸浮球形填料,能有效地防止堵塞,且面積較大,處理效果好。
生物接觸氧化法是住宅小區(qū)生活污水處理較早的采用的技術(shù)之一,其主體工藝流程為:
原污水初沉池接觸氧化池二沉池消毒池排放
初沉池、二沉池均為豎流式沉淀池,上升流速分別為0.6~0.8mm/s和0.3~0.4mm/s。采用梯形直管填料,池中心廊道式射流曝氣,氣水比為10:1~12:1,停留時(shí)間為2.5~3.3h。設(shè)計(jì)進(jìn)水平均BOD5=200mg/L,出水BOD5=20mg/L。
1.2兩段活性污泥法。兩段活性污泥法,簡(jiǎn)稱AB法。該法把污水管道、污水處理廠視為一個(gè)污水處理系統(tǒng)。其工藝特點(diǎn)是:不設(shè)初淀池,A段高負(fù)荷,B段低負(fù)荷,A、B兩段污泥分別回流,充分利用污水管道中的微生物,為不同時(shí)期生長(zhǎng)的優(yōu)勢(shì)微生物種群創(chuàng)造良好的環(huán)境條件,讓其充分發(fā)揮作用,耐沖擊負(fù)荷能力強(qiáng),處理效果穩(wěn)定。其主體工藝流程為:
原污水格柵頂曝氣調(diào)節(jié)池A段曝氣池A段沉淀池B段曝氣池B段沉淀池排放
該類設(shè)備,采用自吸式射流曝氣機(jī)、無(wú)支架的污泥懸浮型生物填料、側(cè)向流坡形斜板沉淀池等先進(jìn)技術(shù)。BOD5去除率為90%,COD去除率為80%。
1.3序批式活性污泥法。序批式活性污泥法,簡(jiǎn)稱SBR法。原則上,SBR法的主體工藝設(shè)備只有一個(gè)間隙反應(yīng)器,在一個(gè)運(yùn)行周期中,按運(yùn)行次序,分為進(jìn)水、反應(yīng)、沉淀、排水和閑置五個(gè)階段。SBR法的關(guān)鍵設(shè)備潷水器的研制,已取得長(zhǎng)足的發(fā)展。目前常用的潷水器,有虹吸式、旋轉(zhuǎn)式和套筒式三種。SBR法工藝簡(jiǎn)單、節(jié)省費(fèi)用,理想的推流過程使生化反應(yīng)推力大、效率高,運(yùn)行方式靈活,脫氮除磷效果好,沒有污泥膨脹,耐沖擊負(fù)荷、處理能力強(qiáng)。其主體工藝流程為:
原污水調(diào)節(jié)池SBR反應(yīng)池消毒池出水
采用該工藝流程的上海某污水處理站設(shè)計(jì)平均流量750m3/d,進(jìn)水水質(zhì)BOD5=200mg/LSS=250mg/L,TN=40mg/L,NH4+=20mg/L,出水水質(zhì)達(dá)到黃浦江上游污水排放標(biāo)準(zhǔn),即BOD5<30mg/L,SS<30mg/L, NH4+<10 mg/L, TN<20mg/L。
1.4厭氧生物濾池。厭氧生物濾池是一種內(nèi)部裝有填料作為微生物載體的厭氧生物膜法處理裝置。厭氧微生物附著載體的表面生長(zhǎng),當(dāng)污水自下而上升式通過載體所構(gòu)成的固定床層時(shí),在厭氧微生物作用下,污水中的有機(jī)物得以厭氧分解,并產(chǎn)生沼氣。厭氧生物濾池有多種變型,填料的發(fā)展迅速,其工藝流程為:
進(jìn)水沉淀池厭氧消化池厭氧生物濾池拔風(fēng)管氧化溝進(jìn)氣出水井排水
污水經(jīng)沉淀池預(yù)處理后進(jìn)入?yún)捬跸剡M(jìn)行水解和酸化,可提高污水的可生化性,為后續(xù)處理創(chuàng)造條件。在拔風(fēng)系統(tǒng)作用下,生物濾池處于兼氧狀態(tài),阻止了污水中甲烷細(xì)菌的產(chǎn)生,使整個(gè)系統(tǒng)仍處于酸性階段,而氧化溝內(nèi)溶解氧一般可穩(wěn)定在1.5~2.8mg/L,污水在此進(jìn)一步好氧處理。該工藝的實(shí)質(zhì)類似于A/O法,但兼性厭氧生物濾池使厭氧段得到強(qiáng)化。拔風(fēng)系統(tǒng)是處理過程的關(guān)鍵。其主要優(yōu)點(diǎn)是不耗能、造價(jià)低、管理簡(jiǎn)單、無(wú)噪聲、無(wú)異味、掛膜快、剩余污泥量少、出水水質(zhì)好、運(yùn)行效果穩(wěn)定。
2. 問題探討
住宅小區(qū)生活污水就其處理技術(shù)而言,可以采用目前城市污水處理的成熟技術(shù)和工藝,但住宅小區(qū)生活污水處理,有其自身的特點(diǎn),應(yīng)予考慮。
2.1住宅小區(qū)污水流量小,可生化性好,宜優(yōu)先采用生物膜法處理技術(shù)。生物膜法具有生物相豐富、微生物濃度高、食物鏈長(zhǎng)、不會(huì)發(fā)生污泥膨脹、污泥沉降性能好等優(yōu)點(diǎn),適用于小量的污水處理。過去擔(dān)心的堵塞問題,在采用新型填料后已基本解決。
2.2住宅小區(qū)用地緊張,應(yīng)優(yōu)先考慮占地省的污水處理工藝,并在設(shè)計(jì)中采取一定措施。現(xiàn)在,一般設(shè)計(jì)成地下式或半地下式,形成地下為污水處理站,地面為綠地或花壇的格局,可以美化環(huán)境。但這樣設(shè)計(jì)時(shí),應(yīng)注意埋深、提升設(shè)備、通風(fēng)要求和臭氣處理等問題。
2.3由于受小區(qū)管理人員人數(shù)和專業(yè)素質(zhì)的限制,應(yīng)優(yōu)先選用運(yùn)行維護(hù)管理較方便的工藝,并努力提高運(yùn)行管理自動(dòng)化程度。
2.4住宅小區(qū)建設(shè)工程工期要求緊,污水處理設(shè)施由構(gòu)筑物向設(shè)備的轉(zhuǎn)化,似是一種必然趨勢(shì)。采用裝配式污水處理設(shè)備,安裝簡(jiǎn)捷,工期短,便于維護(hù)。大亞灣核電站引進(jìn)法國(guó)的一種小型污水處理站,主要設(shè)備全是散件,現(xiàn)場(chǎng)裝配,其中,暖氣池和沉淀池由10塊小件組成,從土方開挖到開始調(diào)試,僅用20天就完工[2]。國(guó)內(nèi)小型污水處理設(shè)備的生產(chǎn)廠家如雨后春筍,但良莠不齊。多數(shù)生產(chǎn)廠家設(shè)計(jì)、研究、測(cè)試化驗(yàn)力量較弱,很難保證出廠產(chǎn)品的質(zhì)量,售后服務(wù)也比較差[3]。國(guó)家應(yīng)加強(qiáng)這方面的監(jiān)控管理。
2.5隨著對(duì)出水水質(zhì)要求的提高,單一工藝難以滿足需要,組合式污水處理技術(shù)和設(shè)備得以發(fā)展。目前的組合方式,主要有多級(jí)好氧處理、厭氧+好氧處理、厭氧+缺氧處理等。從降低能耗、回收生物能方面來看,厭氧生物處理有著廣闊的前景。污水中的有機(jī)物質(zhì)本身都具有一定的潛在能量。厭氧處理時(shí),一方面,勿需嚗氣充氧,可降低能耗;另一方面,其生成物-沼氣,可回收利用,供小區(qū)采暖和供熱,形成小區(qū)生態(tài)平衡系統(tǒng),這是比較理想的發(fā)展趨向。
3. 結(jié)語(yǔ)住宅小區(qū)生活污水處理站,為防止污染,保護(hù)水環(huán)境,起到了積極的作用。盡管城市污水處理的發(fā)展趨勢(shì),是集中處理取代分散處理,但筆者認(rèn)為,小型生活污水處理站,在我國(guó)的一些中小型城市,還將存在相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)期,所以,其技術(shù)開發(fā)和設(shè)備研制應(yīng)予以高度重視。
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