一体化设备处理农村生活污水的实例研究

2023-01-06幸响付李石磊

安徽农业科学 2022年23期

夏斌，幸响付，李石磊，李勇

(1.安徽泓济环境科技有限公司，安徽六安 237000；2.上海泓济环保科技股份有限公司，上海 200082)

近年来，随着国民经济的发展以及农村居民生活水平的提高，农村地区对水资源的消耗逐年增加，因此农村地区的污水排放量也在不断增大。如果这些排放的污水未经处理就直接排入自然环境中，就会造成环境污染和水体富营养化，直接威胁到居民的生活健康，因此农村地区的生活污水急需收集处理，这对于提高农村居民的生活环境很有必要。

农村生活污水具有水质和水量变化大[1-2]，进水COD/TN浓度比低但可生化性好，无其他重金属。目前 “厌氧-缺氧-好氧”和“缺氧-好氧”工艺处理农村生活污水[3]得到大规模推广与应用。我国当前农村地区居民较为分散，居住地地势高低起伏，集体资金短缺，因此难以建设大规模的污水处理厂[4]。此外，农村居民对农村的环境要求日益增加，所以需要一种自动化程度高、维护简单和处理效果好的设备。目前，市场上大多采用集装箱式一体化污水处理设备处理村镇污水。该设备具有安装简单、投资小、处理效果好等优点[5-6]，在我国乡村地区得到广泛应用。

1 材料与方法

1.1 工艺流程此次测试所用一体化污水处理设备采用“AO”生物接触氧化处理工艺，设计规模为170 t/d，设备长、宽、高分别为11.0、3.0和3.0 m，设备有效水深为2.60 m。分别设置缺氧区、好氧区和沉淀区3个功能区，缺氧区搅拌方式采用潜水搅拌器间歇搅拌，好氧区曝气采用漩涡风机曝气充氧，其工艺流程如图1所示。

图1 一体化设备工艺流程Fig.1 The process flow of integrated equipment

此次测试场地在某地级市污水处理厂内，进水水质与农村生活污水性质相似。此次试验接种的活性污泥取自该污水厂好氧池，进水取自该污水厂的细格栅后段，其中污水通过初沉池、粗格栅和细格栅去除大颗粒悬浮物，然后利用潜污泵提升至缺氧区，并在缺氧区和好氧区内部设置酶浮填料，好氧区和缺氧区内部填料填充比例均为30%。在生化区悬浮的微生物与填料充分接触，系统稳定后生化区内的微生物会附着在内部的填料上，再与回流的硝化液充分接触，利用进水的有机物及添加的碳源作为电子供体，在缺氧区进行反硝化脱氮，然后再进入好氧区，好氧区内部曝气采用微孔曝气方式，通过微生物的作用进行有机物的降解和NH3-N的硝化，然后污水进入斜管沉淀池中进行泥水分离后排出。

1.2 一体化设备主要工艺参数一体化设备材质为碳钢焊接，设备内外均进行喷漆防腐处理，顶部盖板为可拆卸式，其中设备内部具体参数如表1所示。

表1 一体化设备主要技术参数

1.3 水质指标测定此次测试水样分别取缺氧池进水和沉淀池出水，测定COD、NH3-N、TN和NO3-N浓度，测定方法均按照国标法[7]进行，试验所用试剂均为分析纯；DO浓度使用便携式仪器(DKK-TOACORPORATION，DO-31P)测定。测试水样每天09：00采集，采集完毕后立即置于4 ℃冰箱中冷藏，所有指标均在24 h内完成检测，其中混合液悬浮固体浓度(MLSS)和混合液挥发性悬浮固体浓度(MLVSS)采集完，在当天完成测试。

2 结果与分析

2.1 COD的去除一体化设备在稳定运行期间COD平均进水和出水浓度分别为243.40和27.28 mg/L，COD的平均去除率为87.06%，出水水质相对稳定，且出水标准达到GB 18918—2002一级B标准。9～28 d，进水COD容积浓度逐渐增加，进水COD容积负荷由0.35 kg/(m3·d)增加至0.70 kg/(m3·d)时，0～8 d COD平均进水浓度为103.25 mg/L，平均出水浓度为16.59 mg/L；8～23 d进水浓度增加至257.54 mg/L，出水浓度为20.92 mg/L；23～28 d COD平均进水浓度为444.06 mg/L，平均出水COD浓度为57.31 mg/L，出水COD浓度高于一级B标准(图2)。这表明一体化设备出水水质波动幅度不是很大，出水水质相对稳定，且出水COD浓度均在60 mg/L以下，同时去除率可维持在80%以上，由此可见该一体化设备具有一定的抗冲击负荷能力，对COD的去除效果较好。

2.2 氨氮的去除一体化设备在稳定运行期间NH3-N进水和出水平均浓度分别为34.64和4.22 mg/L，平均去除率为86.85%。0～20 d，反应器内MLSS为3 524 mg/L，通过便携式DO仪测得好氧池内各个区域DO浓度均为2.0～5.0 mg/L，缺氧池内部DO浓度均在0.3 mg/L以下(图3)。罗忆涵等[8]研究表明，当好氧池浓度为2.9～3.1 mg/L时，微生物硝化完全，NH3-N去除效果较好。第8天，由于厂区检修，导致设备停电，风机停止运行，好氧池曝气供氧不足，DO浓度小于2 mg/L时硝化反应受阻，导致设备出水NH3-N浓度超标。21～28 d，NH3-N平均进水浓度由28.95 mg/L提高至54.35 mg/L，进水容积负荷由0.06 kg/(m3· d)提升至0.10 kg/(m3· d)时，设备对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。这与卢楠等[9]研究结果相一致，当进水NH3-N容积负荷增加时NH3-N的去除率会相应减小。

图2 一体化设备COD浓度和去除率的变化Fig.2 Changes of COD concentration and removal rate of integrated equipment

图3 一体化设备NH3-N浓度和去除率的变化Fig.3 Changes of NH3-N concentration and removal rate of integrated equipment

2.3 总氮的去除在整个试验期间TN平均进水和出水浓度分别为43.31和12.39 mg/L，pH为7.1～7.5，平均去除率达到60.81%，当COD/TN浓度比为7～9时，平均出水TN浓度为8.50 mg/L，出水可达到准四类水出水标准。1～9 d，进水COD/TN浓度比为2～5时，进水COD/TN浓度比平均值为3.96，此时TN的平均去除率为38.83%。出水TN和NO3-N平均浓度分别为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为(6.87±0.08)(图4)。肖静等[10]报道，反硝化不足会导致出水pH降低。顾学林等[11-12]报道，在实际工程应用中，当进水COD/TN浓度比低于5.8时反硝化细菌反硝化所需碳源不足，抑制反硝化进程，会有出水TN浓度超标的风险。9～28 d，进水COD/TN浓度比为6～9时，进水COD/TN浓度比平均值为6.87时，设备出水TN和NO3-N浓度分别为12.89和8.95 mg/L，TN平均去除率提高至71.77%，与1～9 d相比TN平均出水浓度下降了6.33 mg/L，去除率提高了32.94百分点。