廖伟伶，黄健盛，唐敏，童启邦，陈婷婷，朱力，张杰，姚源，吕圣红

(1.重庆市环境科学研究院，重庆 401147；2.重庆市环境监测中心，重庆 401147；3.国内贸易工程设计研究院，北京 100069；4.北京泽信地产有限公司，北京 100070)

不同碳氮比下分散式生活污水处理装置处理效果研究

廖伟伶1，黄健盛1，唐敏2，童启邦1，陈婷婷1，朱力3，张杰4，姚源1，吕圣红1

(1.重庆市环境科学研究院，重庆 401147；2.重庆市环境监测中心，重庆 401147；3.国内贸易工程设计研究院，北京 100069；4.北京泽信地产有限公司，北京 100070)

为了考察分散式生活污水处理装置对不同碳氮比污水的处理效果，本文研究了分散式生活污水处理装置对不同碳氮比人工污水和实际生活污水的COD、NH3-N和TN去除性能。结果发现，该装置处理碳氮比不低于17：1且COD浓度为500 mg/L的人工污水和处理碳氮比为19∶1～6∶1且COD<253.9 mg/L的实际污水时，系统出水COD、NH3-N、TN均能满足《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB 18918—2002)一级B标准。当处理低COD浓度实际生活污水时，对碳氮比的改变具有良好的适应性。

碳氮比；分散式生活污水；处理装置；性能

中国农村每年产生的生活污水量约为90亿吨[1]，其中绝大部分都未经处理，随意排放，对农村水源和周围环境造成了严重污染[2]。目前，国内外使用的农村生活污水治理的技术主要有人工湿地[3]、净化槽[4]、Filter[5]、土壤渗滤[6]、稳定塘[7]、高效藻类塘[8]、厌氧沼气池[9]等。首先，由于我国农村人口数量大，居住分散，造成农村生活污水量大且难于收集[10]。根据农村生活污水的特点，以及受气候、植物种类的影响，人工湿地、土壤渗滤等技术的应用也受到了限制。因此，较为经济可行的方法是对污水进行就地分散处理[11]。其次，农村生活污水水质水量波动大，成分复杂，各种污染物浓度较低[12]，有机物与氮磷比例严重失调[13]。因此，研发高效除碳脱氮除磷一体化分散式生活污水处理装置是农村生活污水治理的发展趋势。本文重点研究低碳氮比条件下，一体化分散生活污水处理装置对人工污水和实际污水的处理性能影响，为一体化分散生活污水处理装置的实际应用提供指导。

1 材料与方法

1.1 实验装置

根据设计处理水量，结合项目组已有的生物转笼技术，与“筒车”技术相耦合，研制基于生物转笼技术的农村分散式小型生活污水处理设施。装置如图1所示，装置由缺氧池、生物转笼反应池(好氧池)及沉淀池三部分组成，其有效容积分别为18.7 L、46.9 L、9.4 L。缺氧池内安装干城蔓挂帘填料，生物转笼内装填直径为25 mm和38 mm的多面空心球填料。

1-电机、2-转动轴、3-转笼反应器、4-吸水管、5-转动盘、6-过水孔、7-转笼、8-进水口9-缺氧反应池、10-过水挡板、11-集水槽、12-沉淀池、13-出水口、14-排空管、15-支座图1 实验装置Fig.1 Diagram of experiment device

系统装置运行，污水首先从进水口进入缺氧池，经过池内的干城蔓挂帘填料，水解酸化处理后流入转笼反应池。生物转笼依靠电机带动，按一定的转速转动。污水经好氧生物膜降解后流入沉淀池并最终排放，剩余污泥从排空管排出。

1.2 实验材料

本实验采用了干城蔓挂帘填料和多面空心球填料。干城蔓挂帘填料为高分子纤维填料，密度为1 g/cm3，比表面积为812.5～1625 m2/m3。直径25 mm的多面空心球填料比表面积为500 m2/m3，孔隙率为80%，堆积系数为85 000个/m3，堆积重量为210 kg/m3；直径38 mm的多面空心球填料的比表面积为300 m2/m3，孔隙率为86%，堆积系数为28 500个/m3，堆积重量为100 kg/m3[14]。

1.3 实验对象

人工污水采用COD∶N∶P质量比为100∶5∶1的人工配水，主要由葡萄糖、氯化铵、磷酸二氢钾及碳酸氢钠等试剂配制，并按容积比1∶10 000向配水中投加微量元素溶液。微量元素溶液配制方法[14]:CoSO4·7H2O 3 g/L；MnSO4·H2O 5 g/L；ZnSO4·7H2O 1 g/L；NiCl2·6H2O 0.1 g/L。

实际生活污水采自重庆市荣昌区直升镇某农村污水处理设施格栅井。

1.4 测试指标及测试方法

测试指标包括COD、氨氮、总氮。分析方法：COD采用快速消解分光光度法，氨氮采用纳氏试剂分光光度法，总氮采用碱性过硫酸钾紫外分光光度法。

2 结果与讨论

2.1 人工污水对系统性能的影响

在系统HRT为14.3 h(转笼反应池HRT为8 h)，转笼转速为10 r/min，回流比为2.5，COD浓度为500 mg/L下，通过调节人工配水中氯化铵(NH4Cl)投加量，考察进水碳氮比分别为20∶1、17∶1、14∶1、11∶1、8∶1、5∶1时系统对COD、NH3-N、TN的去除效果。

由图2可知，随着NH4Cl的投加量逐渐增大，碳氮比随之从20∶1逐渐下降至5∶1，COD去除率在83.2%～94.2%范围内波动，表明系统对COD的去除不会因为碳氮比的改变而受到较大影响，具有良好的有机物去除能力。

图2 碳氮比对COD去除效果影响Fig.2 Impact of carbon-nitrogen ratio on the removal effect of COD

图3 碳氮比对NH3-N去除效果影响Fig.3 Impact of carbon-nitrogen ratio on the removal effect of NH3-N

由图3可知，NH3-N去除率随着碳氮比的降低而降低。当碳氮比大于17∶1时，出水NH3-N均小于8.0 mg/L，满足《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB 18918—2002)一级B标准。当系统处于低碳氮比的情况下(碳氮比小于17∶1)，出水NH3-N逐渐增高，最高达到83.7 mg/L。由于硝化菌是自养型细菌，有机物浓度不是它的生长限制因素，因此碳氮比的改变不会影响氨氮的去除率。影响硝化反应进行的是环境条件。硝化反应的适宜温度是20～30 ℃，15 ℃以下时，硝化速度下降。在该实验阶段，转笼反应池温度仅在碳氮比为20∶1和17∶1阶段高于15 ℃，其余时段均低于15 ℃，严重影响了硝化菌的正常反应，导致了氨氮去除率的不断下降。

由图4可知，随着NH4Cl用量的增加，TN的进水浓度随着碳氮比的降低而逐渐增高，从碳氮比20:1时的23.8 mg/L上升至5∶1时的93.0 mg/L。系统对TN的去除率随着碳氮比的降低而逐渐降低。当碳氮比大于14∶1时，出水TN浓度均小于20.0 mg/L，满足《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB 18918—2002)一级B标准。当碳氮比小于14∶1时，出水TN浓度均高于20.0 mg/L。原因为随着碳氮比的降低，系统碳源不足，导致反硝化过程被抑制，影响系统脱氮[15]。结果显示，在高碳氮比的条件下较为适合去除TN。

图4 碳氮比对TN去除效果影响Fig.4 Impact of carbon-nitrogen ratio on the removal effect of TN

综上所述，针对COD浓度为500 mg/L的人工污水，当碳氮比不低于17∶1，系统出水COD、NH3-N、TN浓度均能满足《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB 18918—2002)一级B标准。

2.2 实际污水对系统性能的影响

本文进一步考察一体化分散式生活污水处理装置对实际污水的处理性能。在系统HRT为14.3 h(转笼反应池HRT为8 h)，转笼转速为10 r/min，回流比2.5的条件下，考察分散式生活污水处理装置处理碳氮比在19∶1～3∶1波动的实际污水的COD、NH3-N、TN去除效果。

如图5、图6、图7所示，进水COD、NH3-N、TN浓度分别为81.8～253.9 mg/L、11.8～25.9 mg/L、12.7～29.6 mg/L，对应的碳氮比在19∶1～6∶1波动，出水COD浓度为24.9～42.1 mg/L，满足《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB 18918—2002)一级B标准，COD去除率大于80%且随碳氮比下降而下降；系统出水NH3-N浓度均低于3.7 mg/L，达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB 18918—2002)一级A标准；出水TN浓度均低于15.0 mg/L，达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB 18918—2002)一级A标准。

图5 碳氮比对COD去除效果影响Fig.5 Impact of carbon-nitrogen ratio on the removal effect of COD

图6 碳氮比对NH3-N去除效果影响Fig.6 Impact of carbon-nitrogen ratio on the removal effect of NH3-N

图7 碳氮比对TN去除效果影响Fig.7 Impact of carbon-nitrogen ratio on the removal effect of TN

当进水碳氮比由6∶1下降至3∶1且进水COD、NH3-N、TN浓度分别为81.8～156.5 mg/L、11.8～52.3 mg/L、13.2～52.0 mg/L时，出水COD浓度仍能满足《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB 18918—2002)一级B标准，但出水NH3-N、TN浓度急剧上升，无法满足《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB 18918—2002)一级B标准。

上述结果表明，基于生物转笼技术的农村分散式小型生活污水处理设施对实际污水有较强的适应性，该装置处理COD<253.9 mg/L，NH3-N<52.3 mg/L，TN<52.0 mg/L且碳氮比不低于6∶1的实际污水时具有良好的处理效果，出水COD、NH3-N、TN浓度均能满足《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB 18918—2002)一级B标准。

3 结论

1)分散式生活污水处理装置处理COD浓度为500 mg/L的不同碳氮比人工污水时，碳氮比对系统处理效果影响大，需碳氮比不低于17∶1才能保证系统出水满足《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB 18918—2002)一级B标准。

2)分散式生活污水处理装置处理COD<253.9 mg/L，NH3-N<52.255 mg/L，TN<51.955 mg/L的实际污水，在碳氮比为19∶1～6∶1，出水COD、NH3-N、TN均能满足《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB 18918—2002)一级B标准。

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Performance of Integration Decentralized Sewage Treatment Device for Treating Wastewater of Different Carbon-Nitrogen Ratios

LIAO Wei-ling1, HUANG Jian-sheng1, TANG Min2, TONG Qi-bang1, CHEN Ting-ting1, ZHU Li3, ZHANG Jie4, YAO Yuan1, LV Sheng-hong1

(1.Chongqing Academy of Environmental Science, Chongqing 401147, China; 2.Chongqing Environmental Monitoring Center, Chongqing 401147, China; 3.Internal Trade Engineering Design & Research Institute, Beijing 100069, China; 4.Beijing Zexin Estate Co., Ltd., Beijing 100070, China)

In order to explore the performance of integration decentralized sewage treatment device for the sewage with different carbon-nitrogen ratios, the synthetic sewage and actual wastewater were treated by the device, and the removal performance of COD, NH3-N and TN were studied. The results showed that when treating the synthetic sewage with carbon-nitrogen ratio higher than 17:1 and COD concentration of 500 mg/L, as well as the actual wastewater with carbon-nitrogen ratio between 19:1 and 6:1 and COD concentration lower than 253.9 mg/L, the effluent’s concentration of COD, NH3-N and TN could all meet the Level 1-B Standard ofDischargestandardofpollutantsformunicipalwastewatertreatmentplant(GB 18918-2002). In addition, the device has good adaptability to changes of carbon-nitrogen ratio when treating actual wastewater with low COD concentration.

carbon-nitrogen ratio; decentralized sewage; treatment device; performance

2016-12-27

重庆市基础科研业务费计划项目(2013cstc-jbky-01603、2013cstc-jbky-01611)

廖伟伶(1991—)，女，重庆石柱人，工程师，硕士，主要研究方向为水污染控制，E-mail:357800894@qq.com

作者简介：黄健盛(1980—)，男，广西藤县人，正高级工程师，博士，主要研究方向为水污染控制，E-mail:303982960@qq.com

10.14068/j.ceia.2017.02.017

X703

A

2095-6444(2017)02-0068-04