沼氣型厭氧好氧一體生化反應器處理分散型生活污水的研究

摘要:對新型專利—沼氣型厭氧好氧一體生化反應器處理農村生活污水進行了實際應用研究。在平均氣溫7 ℃，處理量20 t/d，HRT 2.9 d，厭氧段水力負荷0.571 m3/(m3·d)，生物球裝填率15%;好氧段水力負荷1.143 m3/(m3·d)，彈性填料(YDT)裝填率依次為50%、40%和25%，跌水充氧，連續穩定運行8個月，監測結果表明:該工藝出水中的COD和BOD的去除率分別為:73.7%和76.5%;出水水質均值為COD 34 mg/L、BOD 15 mg/L、SS 6 mg/L和糞大腸菌群數5 200個/L，可用于農業灌溉和觀賞性景觀用水。

關鍵詞:農村生活污水;跌水充氧;生物膜;COD;BOD

中圖分類號:S273.5文獻標識碼:A DOI編碼:10.3969/j.issn.1006-6500.2010.03.037

Study of Biogas Anaerobic-aerobic Biological Reactor for Treatment of Rural Domestic Sewage

WU Di， LI Yu-hua， ZHAO Lin-na， GAO Xian-biao

(Tianjin Institute of Agriculture Resources and Environment Sciences. Tianjin 300192， China)

Abstract:A new type of patent ——biogas anaerobic-aerobic biological reactor when treating low C/ N ratio rural domestic sewage was studied in practical application. In biogas anaerobic-aerobic biological reactor with a design capacity of 20 t/d and 7 ℃，the parameter at the anaerobic stage was as follows: HRT was 2.9 d， hydraulic loading 0.571 m3/(m3·d)and packed rate of biology-ballwas 15%;The operating parameter at aerobic stage was as follows: hydraulic loading 1.143 m3/(m3·d)， packed rates of elasticity plastic filler were 50%， 40%， 25% respectively， the oxygenation using way of drop-aeration. Results of eight-month operation working showed that the removal efficiency of COD and BOD were 73.7% and 76.5%; the effluent concentrations were COD 34 mg/L， BOD 15 mg/L， SS 6 mg/L and abundance of fecal coliform 5 200 individual/L in average ， respectively. The effluent was superior to the requirement of irrigation and landscape.

Key words: rural domestic sewage ; drop-aeration; biofilm;COD;BOD

近年來，農村生活污水因其分散性，對河流湖泊等受納水體造成嚴重污染，受到了全世界人們的普遍關注[1-3]。濱海地區城鎮化進程步伐的加快，對農村生活污水的資源化成為制約其發展的主要環境因素。同時，農村生活污水具有低碳，高氮、磷和致病菌的特點，農村環境意識薄弱，人員技術水平不高，給處理工藝提出了新的要求，為此開發更適合農村生活污水處理的新工藝尤為必要[4，5]。

沼氣型厭氧好氧一體生化反應器是針對農村生活污水低碳氮比和高致病菌特點開發的一種新工藝，反應裝置專利號為:ZL200820073645.8。本工藝將厭氧生物球和跌水充氧接觸氧化相結合，厭氧段利用增添的生物球提高污水厭氧消化能力，充氧段為硝化反應提供了電子受體，在好氧段硝化、反硝化除磷交替進行，使同步脫氮、除磷成為可能[6]。筆者以實際運行的污水處理裝置為對象，重點研究了低溶解氧和冬季低溫條件，對污水中有機物和氮、磷等去除效果。

1試驗材料和方法

1.1工藝流程

工藝流程見圖1。

整個裝置由集水井、厭氧池、好氧池和貯存池構成，總容積90 m3，其中厭氧池(35 m3)和好氧池(17.5 m3)容積比為2∶1，本工藝以厭氧和兼好氧微生物為主體，厭氧段利用生物球作為厭氧微生物載體，填充率為15%;好氧池以固定式彈性填料(YDT)為好氧/缺氧生物提供憩息場所，折流板間距1 m，溶氧區水位高差0.3 m，彈性填料填充率依次為50%、40%、25%，填充深度依次為0.7，0.5，0.3 m，各級填料與池底高度均保持0.8 m，填料距水面0.1 m。此反應裝置建于天津市漢沽區孟酄村，服務人群87戶，厭氧池水力負荷0.571 m3/(m3·d);好氧池水力負荷1.143 m3/(m3·d)，設計處理能力30 m3/d，運行期間平均進水量為20 t/d，進水方式為自動間歇進水。

1.2試驗水質與采樣

裝置從2008年7月建成后投入運行，進入微生物馴化和填料掛膜階段。因厭氧微生物和硝化細菌世代時間較長，故掛膜階段以咸陽路污水處理廠濃縮池的污泥作為厭氧污泥，二沉池回流污泥作為好氧污泥，縮短厭氧微生物和硝化細菌的掛膜周期，經過4個月的馴化、掛膜，10月末達到穩定[7]。于11月開始采樣分析，平均每兩周取樣1次，連續測試8個月，測試期間平均氣溫7 ℃左右，試驗期間進水水質見表1。

1.3測定項目及方法

CODcr，重鉻酸鉀法;BOD5，稀釋與接種法;SS，烘干稱重法;糞大腸桿菌群數，多管發酵法(MPN)[8]。

2結果與討論

2.1對水中COD的去除效果

由圖2可知，盡管進水COD波動范圍較大，但沼氣型厭氧好氧工藝對COD去除率穩定在69%~80%之間，平均去除率為73.7%，平均出水COD<34 mg/L;有機物經懸浮球的吸附固定，厭氧酸化水解后，減少了好氧降解對氧氣的需求，隨著溫度降低，微生物活性減弱，可生化降解的有機物去除能力也隨之下降。對農村生活污水中有機物的去除結果表明，沼氣型厭氧好氧工藝對進水負荷和冬季低溫環境有較強的適應能力。

2.2對水中BOD的去除效果

由圖3可知，沼氣型厭氧好氧工藝對水中BOD去除率穩定在65%~87%之間，平均去除率為76.5%，平均出水BOD5<15 mg/L。整個運行過程中BOD的平均去除率略高于COD，但BOD的去除率波動范圍比較大，表明其對溫度要比COD敏感。

2.3對水中SS的去除效果

由圖4可知，因其采用生物掛膜技術替代了活性污泥，運行過程中極大地減少了污泥的生成，同時提高了反應器中微生物種群及數量，在運行期間只進行了1次排泥，反應器中的厭氧生物球和跌水充氧接觸氧化對水中的懸浮物起到吸附、過濾的作用，使出水SS平均<5.2 mg/L，平均去除率91.6%，整個監測過程出水懸浮物始終控制在城市雜用水水質控制指標(GB/T18920-2002)和景觀環境用再生水水質控制指標(GB/T18921-2002)。

2.4對水中病原微生物的去除效果

由圖5可知，進水病原微生物數量與季節相關性很大，夏季氣溫高，病原微生物繁殖迅速，進水糞大腸菌群數達到最高的16×104個/L，但隨著氣溫的回升，反應器中的生物膜活性也大大提高，運行期間出水糞大腸菌群數始終<10 000個/L，達到了農業灌溉標準和觀賞性景觀環境用水(GB/T18921-2002)中的河道類和湖泊類標準。如利用滴灌或其它設施進行農業灌溉，還需進行深度殺毒處理。

3結論

(1)沼氣型厭氧好氧一體生化反應器對分散型生活污水中的COD、BOD、SS以及致病菌具有較好的去除效果，出水水質平均值為COD 34 mg/L、BOD 15 mg/L、SS 6 mg/L和糞大腸菌群數5 200個/L，在穩定運行的情況下，沼氣型厭氧好氧一體生化反應器對COD和BOD的平均去除率分別為73.7%和76.5%，能夠用于農業灌溉和觀賞性景觀環境用水。

(2)沼氣型厭氧好氧一體生化反應器能夠適應華北地區冬季低溫條件，處理效率雖有一定波動，但不影響處理效果，同時，本工藝實現自動間歇進水和自流式處理方式，具有不易堵塞、操作簡單、占地少、造價低、出水水質較好等優點，比較適合低碳氮比農村生活污水的處理。

參考文獻:

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[2] 沈東升，賀永華.農村生活污水地埋式無動力厭氧處理技術研究[J].農業工程學報，2005，25(7):111-115

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[8] 國家環境保護總局.水與廢水監測分析方法[M].第四版.北京:中國環境科學出版社，2002.