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农村生活污水处理净化槽的试验

     为适应农村分散的生活污水处理系统的需要,本研究开发了小型多功能一体化生活污水净化槽,通过对实际生活污水处理的试验,并采用连续进水和脉冲进水以及在相同进水条件下部分回流,考察了净化槽各区中生物降解的特点和能力以及净化槽的稳定性、连续性和脱氮能力,为净化槽的设计和推广应用提供基础数据。
1.试验部分
1.1试验装置与工艺流程
     自行开发的净化槽由有机玻璃制成,可清晰观察净化槽各槽内的流体状态、生物膜生长状态和反应状况。试验装置如图1所示。运用流体力学、反应动力学以及生物滤床等原理,采用两个厌氧生物膜滤床反应器和一个好氧生物膜滤床反应器一体化技术和回流的消化、反消化技术,充分利用滤床固液分离作用、生物膜吸附作用以及生物降解作用,提高了单位体积的生物量。回流的流体在厌氧区以硝酸盐氮为电子受体,以有机物为电子供体进行厌氧呼吸,将硝酸盐氮还原为N2或N2O[1-3]。厌氧区利用静压差实现平推流自流模式,抑制了高浓厌氧污水返混到低浓度区。选用两种聚氯乙烯多孔波纹板作为试验填料,厌氧滤床填料波纹较细,单位体积表面积为70m2/m3;好氧滤床填料波纹较粗,单位体积表面积为40m2/m3
1.2污水水质
     原水为天津某大学生生活区的生活污水,水质参数如表1所示。
1.3试验仪器及方法
     利用COD-571型化学需氧量分析仪(上海精密科学仪器有限公司)、CY-Ⅱ差压式直读BOD测定装置(广东省医疗器械厂)、850A溶氧仪(Ther-moElectronCorporation)、752型紫外光栅分光光度计(上海精密科学仪器有限公司),分别对化学需氧量COD、生化需氧量BOD5、溶解氧DO、氨氮(NH3-N)以及浊度进行同期测定,其中COD和NH3-N的分析方法采用重铬酸钾法GB11914-89和钠氏试剂光度法GB7479-87。所用药品均为分析纯。
     试验装置按照5人家庭生活污水排放量1m3/d设计,试验用小型净化槽为实际体积的1/66。本装置常年运行,根据试验要求,确定流量以及污水加入形式,既可以连续又可以分批,既可以回流又可以不回流,考察各种情况下生活污水经净化槽的出水水质以及各降解区域的降解能力。试验水温为16.5~19.5℃,好氧区的溶解氧为4.8~6.1mg/L。
2结果与讨论
2.1COD的去除效果
     生活污水的COD在净化槽各降解区域中的去除效果如表2所示。
     由表2可知,对于连续进水,污水经过两级厌氧消解后COD明显下降,去除率可达68.4%,再经好氧消解后,COD下降至50mg/L左右,出水水质达到国家排放的一级标准。两级厌氧区域由于平推流流动状态和生物滤床作用形成了降解层,促进了有机物的水解。在脉冲进水下,由于快速进水,使得各区域的COD相对于连续稳定进水有了一定增加,但出水水质仍然保持在一级标准之下。由于滤床的截流、吸附作用,使悬浮颗粒物分离主要集中在一级高浓厌氧区,提高了发酵水解速度,另外,厌氧两区采用近似平推流流动形态,抑制了高浓度的污水进入到后续低浓度的返混现象,保证了出水水质,这说明净化槽具有很好的抗冲击性能。经24h后也就是脉冲进水前取样,各区水质都有不同程度的降低,生物降解发挥了很大作用。再加上一定回流后,各区的COD的降低都比其他操作情况为好,这主要是由于污水在各区的停留时间进一步促进了生物降解。
2.2BOD5的去除效果
    BOD5不同区域的去除效果列于表3。由表3可知,在连续进水的情况下,经两级厌氧之后,其BOD5降至113mg/L,去除率为58.0%,再经好氧降解后,BOD5去除率有了显著的提高,达到93.9%,远高于COD的去除率。这证明两级厌氧由于酸化水解作用,COD去除率比较明显,而对BOD5的去除能力并不很高。因此对于生活污水只进行类似于化粪池之类的厌氧过程,出水水质很难达到国家排放标准,进一步对酸化水解产物进行好氧过程格外重要。厌氧过程和好氧过程的作用机理完全不同,厌氧过程靠厌氧微生物降解污染物,不需要消耗外加能量,其降解产物主要是水解产物、CH4和H2O;而好氧过程靠好氧微生物降解污染物,需要消耗曝气能量,其产物主要是CO2、H2O、可溶性的硝态氮和亚硝态氮。因此,厌氧在前,好氧在后,既充分发挥高浓度区厌氧过程的效率,又可以降低处理过程的能耗,这也是本工艺低能耗、高效率处理生活污水的一大特点。出水COD和BOD5的差异反映了生活污水的特点,主要是硝态氮和亚硝态氮的缘故。由脉冲进水前后各区域BOD5的变化可知,脉冲进水,BOD5各区域有所上升,但出口水质的波动很小,经过24h降解后各区域BOD5又相对下降。这说明本装置采用一体化技术和滤床技术具有很好的抗冲击能力。当采用部分回流操作后,由于流动作用加快了滤床生物膜的吸附和生物降解,虽然BOD5变化不太明显,但去除率仍有提高。
2.3浊度的去除效果
     生活污水含有大量的可降解固体悬浮物和少量其他固体或胶体物质,从表4可以看到,生活污水的浊度相对很高,单纯用生物的降解方法需要很长的时间,因此要求净化槽要有很好的过滤作用和消解能力。对于连续进水,第一厌氧区出水浊度明显降低,去除率达到50%以上,说明一级厌氧滤床发挥了固液分离作用,使固体颗粒物分离在一段厌氧的上部,形成便于厌氧发酵的高浓度区,抑制颗粒悬浮物进入低浓度区。经二级厌氧区后又有一部分较小的固体悬浮物和胶体物质被厌氧滤床分离,浊度进一步下降至40.2NTU;水解后的污染物再经好氧微生物的进一步降解和生物膜的吸附,使得沉淀后出水水质更好,浊度去除率达到95.1%,出水浊度达到8.2NTU。生物滤床工艺要比活性污泥工艺产生污泥量少,由于沉淀区与好氧区底部相通,在沉淀区一侧采用倾斜方式使沉淀区沉淀下来的污泥能在大于安息角的斜面上自动滑向好氧区,保持好氧区的生物量。在回流作用条件下,各区域浊度进一步降低,这可能是由于流动过程中部分胶体物质和可溶性污染物被滤床生物膜吸附和降解的缘故。结合表2、表3的结果可知,COD和BOD5处理效果较好的出水,其浊度也会很低。
2.4NH3-N的去除效果
     由表5可知,在连续进水情况下,经过二级厌氧池消解后NH3-N的去除率很高,可以达到65.6%,出水氨氮浓度为10.6mg/L,低于生活污水排放二级标准(NH3-N为25mg/L);经过一级好氧池的消解,氨氮去除率达到73.7%。这主要是由于厌氧区生物滤床的生物降解作用,以及本装置的前置反硝化工艺,把厌氧区放在好氧区前面,直接利用污水中的有机物作为反硝化的碳源,解决了碳源不足的问题,在厌氧条件下进行反硝化,充分发挥厌氧菌群承受高浓度、高有机负荷的能力。此外,好氧池内的有机物浓度比较低,有利于硝化菌的生长,随着硝化作用的进行,反应器中上部溶解氧浓度降低,生物膜的内部都有可能存在着缺氧的微环境,从而有助于同步硝化反硝化现象的发生,而且系统产生的污泥量较一般的生物法少,污泥的沉降性能也较好,出水水质更好,出水NH3-N可达到7.8mg/L,低于国家要求的排放标准。脉冲进水前后各区域的NH3-N浓度都很低,抗冲击性能强。在一定回流的情况下,二级厌氧过程对NH3-N去除率达到70%以上,主要是好氧池内所产生的大量硝态氮和亚硝态氮回流到厌氧池发生反硝化,使得厌氧区中含氮量减少,降低了出水的富营养物质的氮含量。另外,由试验可知,过大的回流量不利于一级厌氧过程,由于好氧池的回流水中含氧量较高,会导致厌氧池局部滤床上的生物膜脱落。
3结论
     采用平推流式的两段厌氧滤床具有很高的抗冲击能力,平推流抑制了进水的返混,生物滤床抑制了污水中颗粒悬浮物和可溶性胶体污染物的通过,促进了污染物的生物降解,一段厌氧出口浊度去除率可达50%以上。
     生活污水只进行类似于化粪池之类的厌氧过程,出水水质是很难达到国家排放标准,对酸化水解产物进一步实施好氧过程极为重要。厌氧处理后的污水,经好氧生物降解后,出口水质明显提高,COD<60mg/L,BOD5<20mg/L,NH3-N<8mg/L,浊度<8NTU,其水质优于国家污水排放一级标准,具有很高的净化能力。装置增加回流后,更有利于两级厌氧区的反硝化作用和好氧区的同步消化反硝化作用,对生活污水的脱氮有较好的作用,出水的氨氮在8mg/L之下。小型高效净化槽利用液体的静压差自流式运行,能耗低,适合于农村家庭生活污水的分散处理。