农村生活污水组合处理技术详解




随着新农村建设、村庄环境综合整治和美丽乡村创建步伐的加快以及相关政策的倾斜,一些地方已开始建设示范工程和规模化运行的处理设施,也出现了很多处理技术,如土壤渗滤、人工湿地、蚯蚓生态滤池、一体化集成处理装置等。

我国农村污水处理只能走小型化、就地化和分散式处理道路,故如何选择并研究开发一种适合当前农村、特别是苏南水乡地区水质特点及排放要求的高效、一体式、地埋式生活污水处理设备显得非常必要。

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PDS转鼓式一体化污水处理装置

PDS转鼓式一体化污水处理装置是借鉴国内外相关技术及结合多年实践,逐步改进和完善的一种针对远离城市排水管网,又不宜在当地建设污水处理厂的地区的一种生活污水处理装置。

该装置特别适合于:小城镇的新农村建设、旅游风景区、医院疗养区和军事基地等,无管网的别墅区。

它在结构上采用了旋转薄片生物带和将空气强制混入液体的方式,具有巨大的气、液传质面积,能有效地形成不断更新的生物膜,最大限度地提高污水处理能力和效果,是目前技术领先、结构独特、运行经济、管理方便、使用寿命超长的污水处理装置,其突出特点是低能耗、低噪音、低维护量和低运行成本。

新型PDS转鼓式一体化污水处理装置以旋转生物转鼓为核心,主要由初沉池、缺氧池、生物转鼓和二沉池组成,结构如图1所示。

农村生活污水组合处理

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从图1可以看出,PDS转鼓式一体化装置的核心是旋转生物处理单元,初沉池沉降大部分悬浮物及无机颗粒物之后,处理水进入缺氧池进行反硝化,实现生物脱氮,之后进入生物转鼓高效降解污染物,伴随着反应的进行,老化的生物膜在二沉池里得以沉降去除。

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人工湿地

人工湿地处理系统是将污水投放到种植有“黄菖蒲、水生鸢尾(美人蕉)、旱伞草、香蒲、千屈菜、水麦冬”等挺水性植物(种植密度为8~20丛/m2不等)并且以一定配比填充填料的系统中,污水以一定的方式在填料和生长发达的植物根系内缓慢流动,通过物理沉降截留、植物根系的吸附吸收、化学沉淀吸附、微生物代谢作用等多重作用,从而使水质得到净化。

人工湿地系统可以分为三种:自由水面人工湿地处理系统、人工潜流湿地和垂直水流湿地,具有缓冲容量大、工艺简单、投资省、处理效果好、运行费用低等特点,非常适合中、小城镇的污水处理。考虑到人工湿地良好的脱氮除磷效果及出水稳定等优点,为了保障出水水质达标,在二沉池后增设了人工湿地作为强化处理设施。

本工艺综合利用水平及垂直流人工湿地和潜流及自由水面流人工湿地,开发出了一种新型的复合型人工湿地,可强化污水处理运行效能,维持运行稳定性。

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一体化工艺示范工程
3.1工艺简介

根据昆山市环保局对锦溪镇水环境治理及新农村建设的具体要求,结合锦溪镇人民政府的统一部署,为建设“生态锦溪”、“人居锦溪”,实施了水污染环境整治工程。2011年,昆山市锦溪污水处理厂与光大环保科技发展(北京)有限公司合作,实施昆山市锦溪镇分散型污水处理示范工程,以实现锦溪镇水环境整治效果。

本示范工程规模为50 m3/d,占地面积为300m2,工程纳污户数150户,总人数为450人,污水主要来源是居民厨房污水、浴室洗澡污水及其他公共场所的冲厕污水等。

根据农村生活污水特点,采用集水井+PDS转鼓式一体化处理装置+人工湿地工艺,其具体工艺流程见图2。

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3.2设计进、出水水质

依据《江苏省昆山市锦溪镇污水收集工程可行性研究报告》,设计进水水质见表1,出水水质执行《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB 18918—2002)一级A标准。

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工艺去除能力分析

根据现有设计规范推荐数据进行一体化中试设备理论设计,并将设计制作完成的中试设备在现场进行实际运行,对运行水样进行监测,采用流量、进出水pH值、ORP、水温、主转子电机及回流泵运行时间等作为在线24 h测量的指标,数据记录存档;水质指标如COD、BOD5、总磷、氨氮、总氮及生物膜镜检等均在实验室进行分析。

根据上述研究方法和技术手段,依靠在线仪表、便携式仪表以及实验室水质分析等方法,以锦溪镇三联村、狭港村、南前村的一体化污水处理装置进、出水水质指标为研究对象,按照一定时间规律,记录汇总监测数据并加以分析。

数据来源主要是2012年工艺运行进、出水水质,根据三个村的进水和总出水数据作图分析比较工艺运行效果。

4.1 COD去除效果

通过实验方法分别测得三联村、狭港村和南前村的进、出水COD值,并计算得出各村的COD去除率,如表2所示。

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进水COD浓度基本保持在100~250 mg/L,属于典型的苏南农村生活污水水质,经PDS转鼓式一体化装置+人工湿地组合工艺处理后,出水COD基本能达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918—2002)一级A标准,即COD≤50 mg/L,三个村子最终出水除了南前村在2011年12月14测得COD数据为58 mg/L之外,其余均小于50 mg/L,而且基本稳定在(25±5)mg/L左右,处理效果良好。

通过比较总进、出水数据,求得组合工艺在2012年的COD去除率,可以看出COD去除率一般维持在80%~92%,这与一体化装置生物转盘的独特螺旋结构设计密切相关,这种设计大大增加了生物盘片的比表面积,维持高的微生物浓度,提高了处理效率。三个村子之间COD去除率差异较小,观察其出水COD浓度发现,在相同的季节里,浓度差异很小。

但随着时间的变化,COD的去除率变化较大,一般而言,温度较高,去除效果会较好,但温度过高如5月—8月,去除率大约下降5%。因为在污水进入一体化装置后,生物转盘上生物膜的处理能力、微生物的活性都与温度有密切关系,但PDS转鼓式一体化处理装置有加盖设施,可适度减弱温度对去除效果的影响。综合可见,该组合工艺能很好地处理COD,使出水COD指标完全满足城镇污水处理厂一级A排放标准。

4.2 氨氮去除效果

PDS转鼓式一体化污水处理装置前段是具有脱氮功能的缺氧池,在工艺运行过程中,将初沉池出水、回流提升的硝化液及二沉池回流污泥混合,完成反硝化过程,最终达到脱氮的目的。

三个村的进水NH3-N浓度变化趋势基本相同,均保持在30 mg/L左右,经组合工艺处理后,出水NH3-N浓度大大降低,三联村平均出水NH3-N浓度为4.08mg/L,狭港村为3.37mg/L,南前村为3.9mg/L,均低于一级A标准上限(5mg/L)。

根据进、出水NH3-N监测值计算得每一时期氨氮的去除率,如表3所示。分析得PDS转鼓式一体化处理装置+人工湿地对氨氮去除能力强,去除率最低为72.19%,最高可达到96.90%。PDS一体化装置脱氮主要取决于生物转鼓的盘片设计,此生物盘片上可以生长存活时间长的微生物,污泥龄长,故硝化菌和反硝化菌可大量生长,使脱氮更完全。

随着工艺的不断运行,脱氮效率也逐步提高,说明组合工艺对进水水质适应性变强。脱氮过程主要发生在缺氧区,因此该区的溶解氧浓度控制非常重要,同时保证生物转鼓处的溶解氧,这部分需要适当调整转鼓转速以使生物膜与空气接触充分,氧传递正常才能保证硝化反应进行,继而增加脱氮的效率。

人工湿地同样具有脱氮的功能,其借助于填料、挺水植物、土壤和微生物的综合作用,吸收转化部分氨氮,降低水中氨氮浓度。

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4.3 总磷去除效果

脱氮除磷是处理农村生活污水的主要目标,农村生活污水中的磷含量相对较高,要将其妥善处理以达到一级A标准存在一定的难度。PDS转鼓式一体化装置+人工湿地组合工艺对TP有良好的去除作用。

进水TP一般为1.5~3 mg/L,符合农村生活污水的水质特性;经组合工艺处理出水TP平均浓度为0.28 mg/L,且全部低于0.5 mg/L,达到一级A排放标准,可见PDS转鼓式一体化装置+人工湿地的组合工艺具有良好的除磷效果。

三联村、狭港村及南前村的TP去除率见表4,最高去除率可达到92.35%,平均去除率高达86%,全年TP去除率一直保持很高水平,证明该组合工艺适合苏南农村生活污水处理

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磷的去除主要分为生物除磷和化学除磷,在此组合工艺中生物除磷发挥主要作用,生物转鼓上的生物膜对磷进行截留过滤,聚磷菌进行聚磷,之后磷随生物膜脱落而沉淀到污泥中,进入人工湿地系统,通过植物的根系吸收、土壤的拦截、化学沉淀吸附及微生物的代谢等作用,大大降低水中磷浓度,使出水总磷达到一级A标准。

4.4 人工湿地处理能力

为了验证PDS一体化污水处理装置的处理性能及人工湿地的处理能力,对三联村的一体化装置出水和组合工艺总出水分别进行水质监测分析,对出水COD、NH3-N及TP分别求取去除率进行了分析比对。

组合工艺中除了生物转鼓上生物膜的截留与微生物的同化可以去除污染物外,人工湿地也起到了很大的作用。对于COD来说,PDS转鼓式一体化装置的平均去除率可达到66%,而增加人工湿地后COD去除率平均高达85%,提高了将近20%;对氨氮的去除效果也明显增强,去除率从75%增大到了86%;

而变化最明显的是TP的去除,从三联村的监测数据可以看出,PDS转鼓式一体化装置出水TP平均为1.17 mg/L,高于城镇污水处理厂污染物排放一级A标准的TP指标值,但增加人工湿地强化处理设施后,出水TP均低于0.5 mg/L,平均值为0.28mg/L,TP去除率也从52%增加到了88%,可见人工湿地对TP的去除效果尤为明显。

经水平及垂直流人工湿地与潜流及自由水面流人工湿地的强化复合,增强了植物、填料、土壤及微生物的净水作用,使出水COD、氨氮及TP浓度大大降低。

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结论

①PDS转鼓式一体化装置+人工湿地对农村生活污水有很明显的处理能力,其中对COD去除率可达80%~92%,NH3-N去除率可达86%左右,TP平均去除率高达88%,且处理后平均出水COD为28mg/L,平均出水NH3-N为3.8mg/L,平均出水TP为0.28mg/L,出水水质完全符合《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918—2002)一级A标准,可见该组合工艺适合于处理农村生活污水。

②经PDS一体化装置后的COD、NH3-N及TP的平均去除率分别为66%、75%及52%,出水浓度分别为63、7.25、1.17mg/L;在增加了人工湿地运行后,COD、NH3-N及TP的平均去除率分别提高为85%、86%及88%,出水浓度分别减少为27、4.08、0.28mg/L。

可见人工湿地很大程度上提高了该组合工艺的综合处理能力,特别是TP的去除率提高了30%左右,使出水TP浓度远低于一级A标准的0.5mg/L。

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