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        水解酸化池處理農(nóng)村生活污水的研究

        2021-07-20 03:11:54程錦張國珍武福平李世勇馬凱王宏偉
        應(yīng)用化工 2021年6期
        關(guān)鍵詞:氮磷酸化水力

        程錦,張國珍,武福平,李世勇,馬凱,王宏偉

        (蘭州交通大學(xué) 環(huán)境與市政工程學(xué)院,甘肅 蘭州 730070)

        在西北干旱半干旱地區(qū),降水時(shí)間及降水量少,水資源缺乏[1]。西北農(nóng)村地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展落后,絕大部分沒有建設(shè)污水收集管道系統(tǒng)及污水處理設(shè)施[2],導(dǎo)致污水直接排放。一方面浪費(fèi)了水資源,特別是污水中的氮磷等有利于植物生長的營養(yǎng);另一方面各種污染物隨污水入河流,污染了地下水,地表水等各種飲用水水源[3]。因此,選擇一種對(duì)于有機(jī)污染物去除效果好,對(duì)氮磷去除效果相對(duì)差,建設(shè)成本低,不需要維護(hù)或?qū)Σ僮鞴芾砣藛T技術(shù)要求低的處理工藝,一方面保留農(nóng)村生活污水中的氮磷等營養(yǎng)元素,減少氮磷肥料的使用;另一方面防止因直接排放導(dǎo)致的地下水、地表水等各種飲用水水源的污染。

        水解酸化作為厭氧處理的第1階段和第2階段,其作用是能夠去除污水中一定量的有機(jī)污染物,懸浮物,而對(duì)污水中的氮磷基本上不去除或者去除量少。水解酸化池作為預(yù)處理單元具有易操作維護(hù),減少反應(yīng)器容積來降低成本,對(duì)有機(jī)污染物、懸浮物有一定的去除效果,對(duì)氮磷去除差等特點(diǎn)[4]。

        1 實(shí)驗(yàn)部分

        1.1 實(shí)驗(yàn)用水和接種污泥

        實(shí)驗(yàn)用水取自校園污水。實(shí)驗(yàn)接種污泥取自某啤酒廠厭氧污泥。

        1.2 實(shí)驗(yàn)裝置與流程

        圖1是高效水解酸化池+水平潛流人工濕地裝置示意圖。其中水解酸化池由有機(jī)玻璃制成,長寬高為0.5 m×0.12 m×0.42 m,設(shè)計(jì)水深為0.38 m; 水解酸化池內(nèi)設(shè)置異波折板,折板長為0.12 m,寬為0.05 m,厚為0.01 m,折板間的角度為90 ℃。池內(nèi)裝填組合填料。

        圖1 高效水解酸化池+水平潛流人工濕地結(jié)構(gòu)示意Fig.1 Diagram of high-efficiency hydrolytic acidification tank and horizontal subsurface flow constructed wetland

        進(jìn)水為校園污水,采用連續(xù)進(jìn)水方式,污水通過蠕動(dòng)泵進(jìn)入到水解酸化池內(nèi),然后水解酸化池的出水進(jìn)入到調(diào)節(jié)池中,調(diào)節(jié)池中的水為后續(xù)水平潛流人工濕地的進(jìn)水。水解酸化池的處理水量為50 L/d, 分別調(diào)整水力停留時(shí)間為12,18,24 h,確定最優(yōu)的對(duì)有機(jī)污染物去除效果好,對(duì)氮磷去除效果差的水力停留時(shí)間。測定水解酸化池進(jìn)水以及出水的有機(jī)污染物、氨氮、總氮和總磷的濃度。

        2 結(jié)果與討論

        水解酸化池對(duì)于進(jìn)水中各種污染物的處理效果取決于污水在人工濕地的停留時(shí)間。一方面污水中的污染物在人工濕地中所停留的時(shí)間越大越有利于污水中污染物的去除,但是過長會(huì)造成人工濕地造價(jià)成本的升高。另一方面停留時(shí)間太短不利于污水中污染物的去除,進(jìn)而對(duì)后續(xù)工藝處理單元造成一定的影響[5]。

        2.1 不同水力停留時(shí)間下水解酸化池對(duì)污水中CODcr的去除

        如圖2表示的是水解酸化池在水力停留時(shí)間為12,18,24 h對(duì)于生活污水中有機(jī)污染物的去除變化過程,其中橫坐標(biāo)時(shí)間表示各階段穩(wěn)定運(yùn)行期間10 d 為1周期測定所得到的數(shù)據(jù)(下同)。

        圖2 水解酸化池在不同水力停留時(shí)間下CODcr的變化Fig.2 Changes of CODcr in hydrolysis acidification tank under different gydraulic retention time

        由圖2可知,污水經(jīng)過水解酸化池處理后,水力停留時(shí)間為12 h相對(duì)應(yīng)的有機(jī)污染物去除率在26.79%~40.61%的范圍內(nèi)變化,相對(duì)應(yīng)的平均去除率34.59%;水力停留時(shí)間為18 h對(duì)應(yīng)的有機(jī)污染物去除率在42.55%~47.76%的范圍內(nèi)變化,相對(duì)應(yīng)的平均去除率為45.00%;水力停留時(shí)間為24 h 相對(duì)應(yīng)的有機(jī)污染物去除率在 55.08%~62.66%的范圍內(nèi)變化,相對(duì)應(yīng)的平均去除率為58.89%。隨著水力停留時(shí)間的延長,水解酸化池對(duì)有機(jī)污染物的去除率趨于上升,平均去除率從34.59%上升到58.89%。水解酸化池對(duì)有機(jī)污染物的去除率與水力停留時(shí)間呈正相關(guān)[6-7]。一方面由于水解酸化池內(nèi)微生物通過新陳代謝攝取有機(jī)物,使得污水中有機(jī)物的含量下降;另一方面是因?yàn)殡S著水力停留時(shí)間的延長,生活污水中的污染物與水解酸化池微生物接觸時(shí)間也越長。

        2.2 不同水力停留時(shí)間下水解酸化池對(duì)污水中氨氮的去除

        如圖3表示的是在水力停留時(shí)間分別為12,18,24 h,水解酸化池對(duì)于生活污水中氨氮的去除變化過程。

        由圖3可知,污水經(jīng)過水解酸化池處理后,水力停留時(shí)間為12 h相對(duì)應(yīng)的氨氮增長率在3.60%~7.29%的范圍內(nèi)變化,相對(duì)應(yīng)的平均增長率5.63%;水力停留時(shí)間為18 h對(duì)應(yīng)的氨氮增長率在8.05%~12.23%的范圍內(nèi)變化,相對(duì)應(yīng)的平均增長率為9.65%;水力停留時(shí)間為24 h相對(duì)應(yīng)的氨氮增長率在16.63%~27.94%的范圍內(nèi)變化,相對(duì)應(yīng)的平均增長率為21.56%。隨著水力停留時(shí)間延長,水解酸化池系統(tǒng)對(duì)氨氮的增長率趨于上升,平均增長率從5.63%上升到21.56%。水解酸化池對(duì)氨氮的增長率與水力停留時(shí)間成正相關(guān)。一方面污水中的有機(jī)氮發(fā)生厭氧氨化反應(yīng),使有機(jī)氮轉(zhuǎn)化為氨氮的量大于污泥的吸附和微生物同化的量,導(dǎo)致出水氨氮濃度高于進(jìn)水氨氮濃度;另一方面由于系統(tǒng)內(nèi)為缺氧環(huán)境,硝化細(xì)菌的硝化作用受到抑制,從而使氨氮無法轉(zhuǎn)化為硝氮和亞硝氮,致使出水中氨氮的濃度增加[8-9]。

        圖3 水解酸化池在不同水力停留時(shí)間下NH4-N的變化Fig.3 Changes of NH4-N in hydrolysis acidification tank under different hydraulic retention time

        2.3 不同水力停留時(shí)間下水解酸化池對(duì)污水中TN(總氮)的去除

        如圖4表示的是在水力停留時(shí)間分別為12,18,24 h,水解酸化池對(duì)于生活污水中總氮的去除變化過程。

        圖4 水解酸化池在不同水力停留時(shí)間下TN的變化Fig.4 Changes of TN in hydrolysis acidification tank under different hydraulic retention time

        由圖4可知,污水經(jīng)過水解酸化池處理后,水力停留時(shí)間為12 h相對(duì)應(yīng)的總氮去除率在2.05%~13.11%的范圍內(nèi)變化,相對(duì)應(yīng)的平均去除率6.50%;水力停留時(shí)間為18 h對(duì)應(yīng)的總氮去除率在7.22%~16.55%的范圍內(nèi)變化,相對(duì)應(yīng)的平均去除率為11.43%;水力停留時(shí)間為24 h相對(duì)應(yīng)的總氮去除率在8.67%~19.62%的范圍內(nèi)變化,相對(duì)應(yīng)的平均去除率為14.51%。隨著 HRT 延長,水解酸化池對(duì)總氮的去除率趨于上升,平均去除率6.50%上升到14.51%,但去除效果較差[10]。一方面是由于水解酸化池內(nèi)微生物自身蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)化導(dǎo)致總氮有所下降;另一方面由于污水中少量硝氮在反硝化細(xì)菌的作用下轉(zhuǎn)化為氮?dú)馐沟每偟脑鲩L率增加。

        2.4 不同水力停留時(shí)間下水解酸化池對(duì)污水中TP(總磷)的去除

        如圖5表示的是在水力停留時(shí)間分別為12,18,24 h,水解酸化池對(duì)于生活污水中總磷的去除變化過程。

        圖5 水解酸化池在不同水力停留時(shí)間下TP的變化Fig.5 Changes of TP in hydrolysis acidification tank under different hydraulic retention time

        由圖5可知,污水經(jīng)過水解酸化池處理后,水力停留時(shí)間為12 h相對(duì)應(yīng)的總磷去除率在 11.18%~16.23%的范圍內(nèi)變化,相對(duì)應(yīng)的平均去除率12.7%;水力停留時(shí)間為18 h對(duì)應(yīng)的總磷去除率在16.35%~24.05%的范圍內(nèi)變化,相對(duì)應(yīng)的平均去除率為20.48%;水力停留時(shí)間為24 h相對(duì)應(yīng)的總磷去除率在20.51%~30.07%的范圍內(nèi)變化,相對(duì)應(yīng)的平均去除率為25.00%。隨著水力停留時(shí)間的延長,總磷的平均去除率隨之增加,污水中的污染物與攝磷微生物接觸的時(shí)間增長,其生長代謝作用所吸收轉(zhuǎn)化的磷素含量增加。

        3 結(jié)論

        (1)水解酸化池對(duì)污水中污染物的去除效果取決于水力停留時(shí)間的長短,有機(jī)污染物、總氮、總磷的平均去除率與水力停留時(shí)間呈正相關(guān)。其中總氮、總磷的平均去除率隨著水力停留時(shí)間延長上升緩慢,平均去除率較低。氨氮的平均增長率隨著水力停留時(shí)間的延長而增加,上升緩慢,平均增長率較低。

        (2)水解酸化池作為預(yù)處理單元,能更大程度的去除有機(jī)污染物,而對(duì)總氮、總磷的去除率較低。出水中的氨氮比進(jìn)水中的氨氮含量高,即氨氮的去除率為負(fù)。

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