黃健盛，童啟邦，余海，呂圣紅，陳婷婷，廖偉伶，姚源

(重慶市環(huán)境科學(xué)研究院，重慶　401147)

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分散式生活污水處理裝置去除COD和氨氮性能研究

黃健盛，童啟邦，余海，呂圣紅，陳婷婷，廖偉伶，姚源

(重慶市環(huán)境科學(xué)研究院，重慶401147)

摘要：為了探索農(nóng)村分散式生活污水處理工藝技術(shù)，設(shè)計(jì)了一種分散式生活污水處理裝置，并進(jìn)行了啟動(dòng)實(shí)驗(yàn)研究。同時(shí)，考察了該裝置水力停留時(shí)間(HRT)及轉(zhuǎn)籠轉(zhuǎn)速對(duì)化學(xué)需氧量(COD)和氨氮的去除性能影響。結(jié)果表明，該系統(tǒng)可快速啟動(dòng)成功，且具有良好的COD和氨氮去除能力、抗水力負(fù)荷能力及抗水力剪切能力。

關(guān)鍵詞：分散生活污水處理；啟動(dòng)實(shí)驗(yàn)；水力停留時(shí)間；轉(zhuǎn)籠轉(zhuǎn)速

大量農(nóng)村生活污水不經(jīng)適當(dāng)處理，會(huì)造成多種危害，例如加劇淡水資源危機(jī)、降低水體水質(zhì)等。目前，國內(nèi)外使用的農(nóng)村生活污水處理技術(shù)主要有Filter處理技術(shù)、凈化槽處理技術(shù)[1]、高效藻類塘處理技術(shù)[2]、厭氧沼氣池處理技術(shù)[3]、穩(wěn)定塘處理技術(shù)[4]、土壤滲濾處理技術(shù)[5]、人工濕地處理技術(shù)[6]等。在重慶地區(qū)，農(nóng)村生活污水處理主要采用小型人工濕地工藝[7]。但填料易堵塞，占地面積大，受氣候、植物種類影響大，處理效果不穩(wěn)定，分散不便于維護(hù)管理等問題限制了人工濕地、土壤滲濾技術(shù)的應(yīng)用[8]。因此，就地分散處理是農(nóng)村污水處理的最佳方式[9]。

1材料與方法

1.1　實(shí)驗(yàn)裝置

實(shí)驗(yàn)裝置如圖1所示，裝置由缺氧池、轉(zhuǎn)籠反應(yīng)池、沉淀池組成。缺氧池有效容積為18.7 L，轉(zhuǎn)籠反應(yīng)池有效容積為46.9 L，沉淀池有效容積為9.4 L。缺氧池內(nèi)安裝干城蔓掛簾填料，轉(zhuǎn)籠內(nèi)按比例裝填滿直徑為25 mm和38 mm多面空心球填料。電機(jī)帶動(dòng)生物轉(zhuǎn)籠按一定轉(zhuǎn)速運(yùn)行。污水從進(jìn)水口進(jìn)入缺氧池，經(jīng)過掛簾填料，經(jīng)水解酸化處理后從過水孔流入轉(zhuǎn)籠反應(yīng)池，經(jīng)好氧生物膜降解后出水流入沉淀池并最終排放。

1-電機(jī)、2-轉(zhuǎn)動(dòng)軸、3-轉(zhuǎn)籠反應(yīng)器、4-吸水管、5-轉(zhuǎn)動(dòng)盤、6-過水孔、7-轉(zhuǎn)籠、8-進(jìn)水口、9-缺氧反應(yīng)池、10-過水擋板、11-集水槽、12-沉淀池、13-出水口、14-排空管、15-支座圖1　實(shí)驗(yàn)裝置簡(jiǎn)圖Fig.1　Diagram of experiment device

1.2　實(shí)驗(yàn)材料

本研究使用了多面空心球填料和干城蔓掛簾填料。直徑38 mm多面空心球填料的比表面積為300 m2/m3，孔隙率為0.86，堆積系數(shù)為28 500個(gè)/m3，堆積密度為100 kg/m3；直徑25 mm多面空心球填料的比表面積為500 m2/m3，孔隙率為0.80，堆積系數(shù)為85 000個(gè)/m3，堆積密度為210 kg/m3；干城蔓掛簾填料為高分子纖維填料，其密度為1 g/cm3，比表面積為812.5~1 625 m2/m3。

1.3　實(shí)驗(yàn)廢水

實(shí)驗(yàn)采用人工配水，按COD∶N∶P質(zhì)量比為100∶5∶1配制，配水主要使用的試劑包括葡萄糖、氯化銨、磷酸二氫鉀、碳酸氫鈉、硝酸鈉，配水按容積比1∶10 000投加微量元素溶液。微量元素溶液配制方法為：CoSO4·7H2O，3 g/L；MnSO4·H2O，5 g/L；ZnSO4·7H2O，1g/L；NiCl2·6H2O，0.1 g/L。

1.4　測(cè)試方法

COD采用快速消解分光光度法測(cè)定，氨氮采用納氏試劑分光光度法測(cè)定。

2結(jié)果與討論

2.1　啟動(dòng)研究

本研究以轉(zhuǎn)籠內(nèi)多面空心球填料是否成功掛膜和反應(yīng)器裝置COD去除率是否趨于穩(wěn)定作為反應(yīng)器裝置成功啟動(dòng)的標(biāo)準(zhǔn)。反應(yīng)器裝置啟動(dòng)使用的接種污泥為大渡口大九污水處理廠二沉池剩余污泥，接種污泥經(jīng)悶曝1 d后按1∶2與人工配水混合后投加到反應(yīng)裝置中，其混合液懸浮固體濃度(MLSS)為11.20 g/L，在無進(jìn)水、無回流、轉(zhuǎn)籠轉(zhuǎn)速為4 r/min條件下反應(yīng)器裝置運(yùn)行1 d。之后，在進(jìn)水流量為66 mL/min、回流比為0.5、系統(tǒng)HRT為21.5h(相對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)籠反應(yīng)池HRT為12 h)、轉(zhuǎn)籠轉(zhuǎn)速為4 r/min條件下連續(xù)運(yùn)行。啟動(dòng)期運(yùn)行結(jié)果見圖2和圖3。由圖2可知，當(dāng)進(jìn)水COD濃度為248.5~258.9 mg/L時(shí)，COD去除率由接種培養(yǎng)第1 d的80.0%增加到第5 d的93.0 %并逐漸穩(wěn)定。同時(shí)，通過觀察填料表面微生物膜生長情況(如圖3所示)發(fā)現(xiàn)，運(yùn)行到第4d時(shí)，填料表面附著生長了一層較薄的淺褐色生物膜。當(dāng)系統(tǒng)運(yùn)行至第7 d時(shí)，填料表面附著生長了一層厚的深褐色生物膜。為進(jìn)一步驗(yàn)證轉(zhuǎn)籠反應(yīng)器是否真正掛膜成功，在第11 d排空轉(zhuǎn)籠反應(yīng)池內(nèi)的活性污泥，發(fā)現(xiàn)除排泥當(dāng)天COD去除率略微下降至90.0%外，排泥后第2 d開始，COD去除率穩(wěn)定在93.0 %左右。由此可判定，采用連續(xù)進(jìn)水、低轉(zhuǎn)速、低回流比的方式，可在2周的時(shí)間實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)籠內(nèi)填料快速成功掛膜。

圖2　啟動(dòng)期COD去除情況Fig.2　Results of COD removal during start-up period

圖3　填料生物膜生長情況Fig.3　Growth of bio-film

2.2　HRT對(duì)系統(tǒng)去除COD和氨氮性能影響

在轉(zhuǎn)籠轉(zhuǎn)速為4 r/min，回流比為0.5，進(jìn)水COD、氨氮濃度分別為234.4~259.1 mg/L和10.2~12.1 mg/L的條件下，通過調(diào)節(jié)進(jìn)水流量，考察系統(tǒng)水力停留時(shí)間(HRT)分別為21.5 h、17.9 h、14.3 h、10.6 h、7.2 h、5.3 h(對(duì)應(yīng)轉(zhuǎn)籠反應(yīng)池HRT分別為12 h、10 h、8 h、6 h、4 h、3 h)時(shí)，系統(tǒng)COD、氨氮去除效果，結(jié)果見圖4、圖5。研究結(jié)果表明，系統(tǒng)對(duì)COD、氨氮的去除效果與HRT成正相關(guān)，在系統(tǒng)足夠長的HRT下，系統(tǒng)對(duì)COD、氨氮去除效果越好、越穩(wěn)定；反之，HRT越短，其處理效果呈下降趨勢(shì)。由圖4、圖5可知，當(dāng)系統(tǒng)HRT在10.6~21.5 h時(shí)，系統(tǒng)COD、氨氮去除率在90%以上，出水COD、氨氮濃度分別低于20 mg/L和1.0 mg/L；當(dāng)HRT由10.6 h下降至5.3 h時(shí)，COD、氨氮去除率由90%分別下降至78.0%和42.0%，出水COD、氨氮濃度分別升高至51.4 mg/L和6.9 mg/L。上述結(jié)果表明，在一定的HRT范圍內(nèi)，研制的一體式農(nóng)村分散生活污水處理工藝裝置具有良好的抗水力負(fù)荷沖擊能力。

圖4　HRT對(duì)COD去除效果的影響Fig.4　Effect of HRT on the removal of COD

圖5　HRT對(duì)氨氮去除效果的影響Fig.5　Effect of HRT on the removal of ammonia nitrogen

2.3　轉(zhuǎn)籠轉(zhuǎn)速對(duì)系統(tǒng)去除COD和氨氮性能影響

在系統(tǒng)相對(duì)穩(wěn)定、HRT 14.3 h(轉(zhuǎn)籠反應(yīng)池HRT為8 h)相對(duì)較短以及回流比為0.5的條件下，通過調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速考察轉(zhuǎn)籠轉(zhuǎn)速對(duì)COD和氨氮去除效果的影響，結(jié)果如圖6、圖7所示。由圖可知，在進(jìn)水COD、氨氮濃度分別為224.3~283.3 mg/L、12.3~13.1 mg/L，轉(zhuǎn)籠轉(zhuǎn)速由4 r/min提高到14 r/min時(shí)，系統(tǒng)裝置對(duì)COD、氨氮的去除率分別穩(wěn)定在93.0%~97.0%和96.0%~99.0%，對(duì)應(yīng)的出水COD、氨氮濃度分別穩(wěn)定在20.0 mg/L以下和1.0 mg/L以下。由此可見，在一定轉(zhuǎn)籠轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)，該系統(tǒng)具有穩(wěn)定的COD和氨氮去除效果，轉(zhuǎn)籠內(nèi)填料生物膜生長良好，具有良好的抗水力剪切能力。

圖6　轉(zhuǎn)籠轉(zhuǎn)速對(duì)COD去除效果的影響Fig.6　Effect of rotating speed on the removal of COD

圖7　轉(zhuǎn)籠轉(zhuǎn)速對(duì)氨氮去除效果的影響Fig.7　Effect of rotating speed on theremoval of ammonia nitrogen

3結(jié)論

(1)系統(tǒng)裝置能在2周內(nèi)快速啟動(dòng)成功。在人工配水連續(xù)進(jìn)水、轉(zhuǎn)籠低轉(zhuǎn)速、低回流比條件下，采用城市污水處理廠二沉池剩余污泥接種培養(yǎng)能在2周內(nèi)使分散式生活污水處理裝置快速成功掛膜，啟動(dòng)期系統(tǒng)裝置COD去除率可達(dá)93.0 %以上。

(2)系統(tǒng)裝置具有良好的抗水力負(fù)荷沖擊能力。在轉(zhuǎn)籠轉(zhuǎn)速為4 r/min，回流比為0.5的條件下，系統(tǒng)裝置對(duì)COD、氨氮的去除率總體隨HRT的減小而下降。HRT不低于10.6 h，系統(tǒng)裝置對(duì)COD、氨氮去除率均在90 %以上，出水COD、氨氮濃度分別在20 mg/L和1 mg/L以下。

(3)系統(tǒng)裝置內(nèi)生物膜具有良好的抗水力剪切能力。在系統(tǒng)HRT為14.3 h，回流比0.5，進(jìn)水COD、氨氮濃度分別為224.3~283.3 mg/L、12.3~13.1 mg/L，轉(zhuǎn)籠轉(zhuǎn)速4 ~14 r/min條件下，系統(tǒng)裝置COD和氨氮去除率穩(wěn)定在93.0%~97.0 %和96.0%~99.0 %，對(duì)應(yīng)的出水COD、氨氮濃度值分別穩(wěn)定在20.0 mg/L以下和1.0 mg/L以下。

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Study on COD and Ammonia Nitrogen Removal Performance of

Decentralized Sewage Treatment Device

HUANG Jian-sheng, TONG Qi-bang, YU Hai, LYU Sheng-hong,

CHEN Ting-ting, LIAO Wei-ling, YAO Yuan

(Chongqing Academy of Environmental Science, Chongqing 401147, China)

Abstract:In order to explore a rural decentralized sewage treatment technology，a decentralized sewage treatment device was designed. The start-up of the device was studied. The effect of hydraulic retention time (HRT) and rotating speed on the removal of chemical oxygen demand (COD) and ammonia nitrogen was studied. The results indicated that the device could be quickly started-up and could achieve a high removal rate of COD and ammonia nitrogen, as well as good anti-shock hydraulic loading capability and anti-shock hydraulic shear capability.

Key words:decentralized sewage treatment; start-up; HRT; rotating speed

中圖分類號(hào)：X703.1

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：2095-6444(2016)01-0066-03

DOI:10.14068/j.ceia.2016.01.018