農(nóng)村污水多段進(jìn)水一體化污水處理設(shè)備

　　隨著農(nóng)村經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，水沖式廁所進(jìn)一步普及，農(nóng)戶居民生活用水量增長(zhǎng)趨勢(shì)明顯，農(nóng)村生活污水處理逐漸成為水污染治理的重點(diǎn)。農(nóng)村污水排放呈現(xiàn)排放量小、排放分散、沖擊負(fù)荷較大、污水排放流量和有機(jī)負(fù)荷波動(dòng)性大等特點(diǎn)，同時(shí)由于建設(shè)相對(duì)滯后、管網(wǎng)缺失、城鎮(zhèn)化進(jìn)程加快、可用地面積越來(lái)越小等一系列原因，集約式小型一體化污水處理設(shè)備成為農(nóng)村污水處理的良好選擇。

　　農(nóng)村地區(qū)分散點(diǎn)源污水處理設(shè)備接納污水量偏小，其設(shè)計(jì)和運(yùn)行不能套用城市污水?dāng)?shù)以萬(wàn)噸的處理能力所獲得的參數(shù)。現(xiàn)有的MBR工藝運(yùn)行操作復(fù)雜、建設(shè)投資較高;且人工濕地、氧化塘等工藝存在占地偏大、負(fù)荷較低、穩(wěn)定性差等問題，均難以在農(nóng)村地區(qū)廣泛應(yīng)用;同時(shí)農(nóng)村與城市污水水質(zhì)差別較大。因此研究一體化污水處理設(shè)備處理農(nóng)村生活污水具有重要實(shí)踐意義。

　　本項(xiàng)研究在傳統(tǒng)的脫氧除磷(universityofcopetown，UCT)工藝的基礎(chǔ)上，針對(duì)氮磷去除中對(duì)溶解氧、碳源需求特點(diǎn)和農(nóng)村污水水質(zhì)特點(diǎn)，設(shè)計(jì)多點(diǎn)分段進(jìn)水一體化處理，以北京市通州區(qū)城郊農(nóng)村污水為對(duì)象，對(duì)比分析分段進(jìn)水與傳統(tǒng)進(jìn)水對(duì)處理效果的影響，為相關(guān)應(yīng)用提供支撐。

　　一、方法與材料

　　1.1 反應(yīng)器設(shè)計(jì)

　　反應(yīng)器設(shè)有厭氧單元、缺氧單元和好氧單元3大主體單元。污水由厭氧單元、缺氧單元和好氧單元進(jìn)水。污泥回流設(shè)有2個(gè)途徑：二沉池回流到缺氧單元和缺氧單元回流到厭氧單元。工藝流程如圖1所示。

　　反應(yīng)單元均為圓柱體。厭氧單元和缺氧單元直徑80mm、有效水深1000mm;好氧單元直徑100mm，有效水深1600mm。

　　1.2 進(jìn)水水質(zhì)

　　實(shí)驗(yàn)場(chǎng)地建于通州區(qū)某小型污水處理場(chǎng)站，實(shí)驗(yàn)水質(zhì)見表1。

　　1.3 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

　　1.3.1 系統(tǒng)啟動(dòng)與馴化

　　本實(shí)驗(yàn)的污泥從北京某污水處理廠取回流污泥，馴化過程分為2個(gè)階段：

　　第Ⅰ階段：采用原污水半水力負(fù)荷連續(xù)進(jìn)水，不排泥，直至MLSS達(dá)到2500mg?L-1。

　　第Ⅱ階段：向原水中投加葡萄糖補(bǔ)充碳源，全水力負(fù)荷，排泥運(yùn)行。反應(yīng)器MLSS穩(wěn)定維持在2500～3000mg?L-1，當(dāng)污泥沉降性能良好且鏡檢下出現(xiàn)大量鐘蟲及輪蟲時(shí)，若出水各項(xiàng)指標(biāo)基本穩(wěn)定，則認(rèn)為污泥接種馴化完成，反應(yīng)器成功啟動(dòng)。

　　運(yùn)行參數(shù)見表2。

　　1.3.2 水質(zhì)分析方法

　　實(shí)驗(yàn)中所要測(cè)定的水質(zhì)指標(biāo)及其分析方法見表3。

　　1.3.3 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

　　分段進(jìn)水方法：1)單點(diǎn)進(jìn)水，即污水自厭氧區(qū)進(jìn)水，經(jīng)厭氧―缺氧―好氧依次流出；2)兩段進(jìn)水，污水自厭氧和缺氧區(qū)同時(shí)進(jìn)水，進(jìn)水比例5：5；3)3段進(jìn)水，污水自厭氧區(qū)、缺氧區(qū)和好氧區(qū)同時(shí)進(jìn)水，進(jìn)水比例為4：3：3。穩(wěn)定狀態(tài)下取水、分析。室溫運(yùn)行。pH7.3～7.7。好氧池溶解氧高于2mg?L-1。

　　1.2 結(jié)果與討論

　　2.1 進(jìn)水方式對(duì)COD去除的影響3種進(jìn)水方式對(duì)系統(tǒng)COD去除的影響如圖2所示。

　　實(shí)驗(yàn)期間，進(jìn)水COD濃度變化幅度為220～390mg?L-1。COD去除率為83.9%～96.9%。其中，進(jìn)水方式為3段進(jìn)水時(shí)，去除率達(dá)到最高，為93%～97%，比單點(diǎn)進(jìn)水和兩段進(jìn)水分別高出約15%和8%。

　　分析認(rèn)為，多段設(shè)計(jì)在最小體積內(nèi)提升了水質(zhì)，上一階段未降解的污染物可以在下一階段繼續(xù)進(jìn)行，從而提高了水質(zhì)。本研究中，設(shè)計(jì)多段缺氧―好氧組合，提升了難降解有機(jī)物的高效分解，進(jìn)而提升了后續(xù)好氧段對(duì)有機(jī)物的徹底降解；多段進(jìn)水系統(tǒng)中，厭氧和缺氧區(qū)域?qū)τ袡C(jī)物的去除顯著提高，意味著厭氧區(qū)釋磷和缺氧區(qū)反硝化對(duì)碳源的需求帶來(lái)了有機(jī)物濃度的下降。

　　厭氧條件下，除磷菌分解體內(nèi)的聚磷酸鹽而產(chǎn)生ATP，并利用ATP將廢水中的有機(jī)物攝入細(xì)胞內(nèi)，以聚β-羥基丁酸等有機(jī)顆粒的形式貯存于細(xì)胞內(nèi)，同時(shí)將分解聚磷酸鹽所產(chǎn)生的磷酸排出體外，完成釋磷過程。這一過程需要有機(jī)物的參與，從而提升厭氧區(qū)有機(jī)物的去除率。

　　2.2 進(jìn)水方式對(duì)TN去除的影響

　　3種進(jìn)水方式對(duì)TN去除的影響見圖3。系統(tǒng)進(jìn)水總氮濃度為27～42mg?L-1。TN去除率為73.0%～86.2%。其中，進(jìn)水方式為3段進(jìn)水時(shí)，去除率達(dá)到最高，為82.9%～86.2%，比單點(diǎn)進(jìn)水和兩段進(jìn)水分別高出約13%和6%。

　　實(shí)驗(yàn)過程觀察到，分段進(jìn)水對(duì)硝化作用影響不大，3種方式氨氮去除率相近。而反硝化多在第一個(gè)缺氧池內(nèi)發(fā)生，認(rèn)為與這一區(qū)域高比例進(jìn)水和污泥回流帶來(lái)的高硝化氮濃度和有機(jī)物濃度有關(guān)，與T.Y.Pai等人的研究一致。同時(shí)這一區(qū)域?qū)OD的去除相對(duì)較高，反映了該區(qū)域反硝化過程對(duì)碳的利用。

　　2.3 進(jìn)水方式對(duì)TP去除的影響

　　3種進(jìn)水方式對(duì)TP去除的影響如圖4所示。系統(tǒng)進(jìn)水總磷濃度為1.7～5.7mg?L-1，TP去除率為77%～91%。其中，進(jìn)水方式為3段進(jìn)水時(shí)，去除率達(dá)到最高，為86%～91%，比單點(diǎn)進(jìn)水和兩段進(jìn)水分別高出約13%和5%。

　　綜上所述，系統(tǒng)分段段數(shù)對(duì)工藝除污染效果影響很大。隨著系統(tǒng)分段段數(shù)的增多，各段的進(jìn)水比例相應(yīng)減少，反硝化菌和聚磷菌能夠更加充分地利用各段進(jìn)水中的有機(jī)碳源，從而提高系統(tǒng)的脫氮除磷效率。

　　在本研究系統(tǒng)中，遵循UCT工藝的理念，直接回流污泥到缺氧池，避免了回流污泥中的DO和硝化氮對(duì)厭氧區(qū)域釋磷條件的沖擊，包括對(duì)溶解氧的影響，同時(shí)避免了硝化氮在厭氧條件下進(jìn)行反硝化時(shí)與釋磷對(duì)碳源的競(jìng)爭(zhēng)，使磷在厭氧條件下最大化釋放，從而提升后續(xù)好氧池的聚磷(除磷)效果。

　　傳統(tǒng)的單點(diǎn)進(jìn)水UCT工藝使流入缺氧池中的碳源不能夠滿足回流液中硝態(tài)氮的反硝化需求，因此采用單點(diǎn)進(jìn)水的脫氮效率相對(duì)較低。兩段進(jìn)水補(bǔ)充了較多的碳源，緩解了對(duì)回流液中硝態(tài)氮的反硝化需求。厭氧池和缺氧池都有部分進(jìn)水流入，為厭氧池的厭氧釋磷和缺氧池的回流硝化液的反硝化脫氮提供了一定量的碳源，當(dāng)兩點(diǎn)進(jìn)水的進(jìn)水量相等時(shí)，進(jìn)水中的碳源可以滿足缺氧池中回流硝化液反硝化脫氮的需求，但是在厭氧池中對(duì)釋磷要求的碳源不足，除磷效果比預(yù)想差。

　　本項(xiàng)研究用水碳氮比較低，碳源很大程度上是限制反硝化效率的因素，因此可以通過提高第一個(gè)階段的進(jìn)水比例而不必提高污泥回流比來(lái)提升氮的去除。采用多點(diǎn)進(jìn)水可對(duì)進(jìn)水的流量進(jìn)行合理分配，盡量縮短厭氧釋磷延誤的時(shí)間，提高進(jìn)水中碳源用于脫氮除磷的比例，從而最大限度地提高脫氮除磷的效率。

　　五、結(jié)論

　　對(duì)污水進(jìn)行生物處理過程中，在生化組合單元容積以及二沉池固體負(fù)荷相同的條件下，采取分段進(jìn)水工藝相比傳統(tǒng)的污水處理工藝具有較為明顯改善脫氮除磷的去除效果。當(dāng)采取三段進(jìn)水時(shí)，COD、TN和TP達(dá)到最佳去除率，分別為93%～97%、82.9%～86.2%和86%～91%，比單點(diǎn)進(jìn)水和兩段進(jìn)水分別高出15%和8%、13%和6%、13%和5%。因此，通過選用多段進(jìn)水運(yùn)行方式，能夠切實(shí)提高污水處理系統(tǒng)對(duì)氮磷的去除效率。（來(lái)源：中國(guó)通用機(jī)械工程有限公司；北京市通州區(qū)水務(wù)局；北京市水科學(xué)技術(shù)研究院）