生物流化床一體化裝備處理小城鎮(zhèn)污水效能研究

江竹青，李果，毛圓翔，鄧若愚，陳宇，唐立展，何強(qiáng)

(1.重慶大學(xué) a.三峽庫(kù)區(qū)生態(tài)環(huán)境教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室；b.城市建設(shè)與環(huán)境工程學(xué)院，重慶 400045；2.中國(guó)礦業(yè)大學(xué)(北京)化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院，北京 100083)

生物流化床一體化裝備處理小城鎮(zhèn)污水效能研究

江竹青1a，李果1a，毛圓翔2，鄧若愚1b，陳宇1b，唐立展1b，何強(qiáng)1a

(1.重慶大學(xué) a.三峽庫(kù)區(qū)生態(tài)環(huán)境教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室；b.城市建設(shè)與環(huán)境工程學(xué)院，重慶 400045；2.中國(guó)礦業(yè)大學(xué)(北京)化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院，北京 100083)

小城鎮(zhèn)污水；污水處理；一體化裝備；生物流化床

隨著我國(guó)城鎮(zhèn)化進(jìn)程的加快，小城鎮(zhèn)的數(shù)量不斷增加，據(jù)統(tǒng)計(jì)，截至2013年底我國(guó)建制鎮(zhèn)和集鎮(zhèn)的總數(shù)達(dá)4.2萬(wàn)多個(gè)，總?cè)丝诩s5.13億，縣城以外的小城鎮(zhèn)人口總數(shù)達(dá)1.91億[1]。目前，小城鎮(zhèn)的污水排放量約占全國(guó)污水排放總量的50%以上[2]，然而80%的小城鎮(zhèn)還沒(méi)有建設(shè)配套的污水處理設(shè)施[3]，這些污水不經(jīng)處理任意排放，將給環(huán)境帶來(lái)巨大危害。因此，解決小城鎮(zhèn)污水處理問(wèn)題刻不容緩。小城鎮(zhèn)污水具有水量小、水質(zhì)水量變化大、氮磷含量高、有機(jī)物濃度低的特點(diǎn)。另外，小城鎮(zhèn)還具有經(jīng)濟(jì)基礎(chǔ)薄弱、技術(shù)人員缺乏、公眾環(huán)保意識(shí)淡薄、排水體制不健全等問(wèn)題[4]。小城鎮(zhèn)污水處理的上述特點(diǎn)決定了傳統(tǒng)的市政污水處理模式不再適用，必須綜合考慮與之相適應(yīng)的污水處理模式。

污水處理一體化裝備集成多種工藝、流程緊湊、占地少、投資省、運(yùn)行管理簡(jiǎn)便，更加適合小城鎮(zhèn)污水的處理[5]。結(jié)合小城鎮(zhèn)污水的水質(zhì)特點(diǎn)及處理難點(diǎn)，本研究開(kāi)發(fā)了一套生物流化床污水處理一體化裝備，該裝備集生物流化床和斜板沉淀池于一體，能較好地實(shí)現(xiàn)對(duì)污水中污染物的去除。試驗(yàn)中重點(diǎn)研究了該裝備的運(yùn)行效果以及運(yùn)行參數(shù)對(duì)處理效果的影響。

1 設(shè)備與方法

1.1 試驗(yàn)裝備

生物流化床一體化裝備的設(shè)計(jì)如圖1所示，主要由3個(gè)功能分區(qū)構(gòu)成。左側(cè)是生化區(qū)，從下往上依次是厭氧區(qū)、缺氧區(qū)、好氧流化區(qū)，中間是過(guò)渡區(qū)，右側(cè)是實(shí)現(xiàn)泥水分離的斜板沉淀區(qū)。

1.進(jìn)水管；2.配水區(qū)；3.穿孔網(wǎng)板；4.卵石層；5.厭氧區(qū)；6.硝化液布水管；7.缺氧區(qū)；8.微孔曝氣裝置；9.好氧流化區(qū)；10.穿孔擋渣板；11.出水堰；12.硝化液回流管；13.空壓機(jī)；14.回流泵；15.過(guò)渡區(qū)；16.布水機(jī)；17.配水區(qū)；18.斜板沉淀區(qū)；19.兩段式折流斜板；20.清水區(qū)；21.出水堰；22.出水管；23.泥斗；24.排泥管；25.穿孔板礫石層；26.濾液區(qū)圖1 生物流化床一體化裝備示意圖Fig.1 Schematic diagram of integrated biological fluidized bed equipment

一體化裝備外觀尺寸為0.6 m×1.1 m×3.7 m，設(shè)計(jì)處理規(guī)模為3 m3/d。生化區(qū)的平面尺寸為0.6 m×0.6 m，高度為2.8 m，體積為1 m3，其中厭氧區(qū)、缺氧區(qū)、好氧流化區(qū)的高度比為1∶1∶3，高度分別為0.56 m、0.56 m、1.68 m，各區(qū)水力停留時(shí)間分別為1.6 h、1.6 h、4.8 h。斜板沉淀區(qū)尺寸為0.6 m×0.4 m×3.08 m，水力停留時(shí)間為4.2 h。厭氧區(qū)、缺氧區(qū)填充火山巖速分生化球，直徑100 mm，填充率100%，好氧流化區(qū)投加懸浮活性生物填料，規(guī)格φ25×12 mm，比重0.985，比表面積大于500 m2/m3，投加率30%。裝備運(yùn)行時(shí)，原水依次通過(guò)厭氧區(qū)、缺氧區(qū)、好氧流化區(qū)，好氧區(qū)出水一部分回流至缺氧區(qū)，其余經(jīng)過(guò)渡區(qū)流入斜板沉淀區(qū)，經(jīng)泥水分離后的清水由沉淀區(qū)上部出水管排出，污泥沉入底部泥斗經(jīng)排泥管排出。

1.2 原水水質(zhì)

試驗(yàn)場(chǎng)地位于重慶市某污水處理廠(chǎng)。裝備進(jìn)水為經(jīng)粗格柵和旋流沉砂池處理后的污水，試驗(yàn)污水水質(zhì)如表1所示。從表1可以看出，該廠(chǎng)進(jìn)水水質(zhì)符合小城鎮(zhèn)污水的水質(zhì)特點(diǎn)，采用該廠(chǎng)的進(jìn)水作為試驗(yàn)用水是可行的。

表1 試驗(yàn)污水水質(zhì)

1.3 水質(zhì)分析方法

2 結(jié)果與分析

2.1 裝備運(yùn)行效果

2.1.1 COD的去除效果

一體化裝備對(duì)COD的去除效果如圖2所示。系統(tǒng)進(jìn)水COD濃度范圍為78～244 mg/L，平均濃度163 mg/L，出水COD濃度范圍為13～24 mg/L，平均濃度18 mg/L，裝備對(duì)COD的平均去除率88.6%，出水水質(zhì)良好，達(dá)到城鎮(zhèn)污水處理廠(chǎng)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)(GB 18918—2002)的一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)。

圖2 一體化裝備對(duì)COD的去除效果Fig.2 Removal effect of COD by using the integrated equipment

圖3 一體化裝備對(duì)-N的去除效果Fig.3 Removal effect of NH4+-N by using the integrated equipment

2.1.3 TN的去除效果

一體化裝備對(duì)TN的去除效果如圖4所示。由圖4可知，進(jìn)水TN濃度范圍為22.7～55.7 mg/L，平均濃度為32.6 mg/L，出水TN濃度為13.1～25.3 mg/L，平均濃度為17.1 mg/L，去除率在37.7%～55.6%，平均值為46.7%。除個(gè)別TN進(jìn)水濃度出現(xiàn)異常情況，出水基本能夠穩(wěn)定在20 mg/L以下，滿(mǎn)足一級(jí)B標(biāo)準(zhǔn)的排放要求。

圖4 一體化裝備對(duì)TN的去除效果Fig.4 Removal effect of TN by using the integrated equipment

裝備的脫氮效率不高，這是由于進(jìn)水碳源較低導(dǎo)致的，系統(tǒng)進(jìn)水COD/TN值在3～6。從生物脫氮的角度來(lái)看，只有當(dāng)COD/TN≥7時(shí)，才能取得較好的總氮去除率[6]。碳源不足，會(huì)抑制反硝化細(xì)菌的生長(zhǎng)繁殖，影響反硝化反應(yīng)的進(jìn)行，導(dǎo)致TN的去除率不高。

2.1.4 TP的去除效果

一體化裝備對(duì)TP的去除效果如圖5所示。進(jìn)水TP濃度在3.4～6.4 mg/L，平均值5.2 mg/L，出水濃度均在1.9 mg/L以上，平均去除率52.0%。可見(jiàn)，裝備的除磷效率不好，不能滿(mǎn)足排放要求。生物除磷主要是通過(guò)厭氧、好氧環(huán)境的交替來(lái)實(shí)現(xiàn)的，聚磷菌在厭氧環(huán)境中釋磷，好氧環(huán)境中過(guò)量攝取磷酸鹽，形成高磷污泥最終排出[7]。生物流化床產(chǎn)泥量低，生物除磷效果不佳。因此，應(yīng)當(dāng)采取后續(xù)強(qiáng)化除磷措施，使出水總磷濃度能夠穩(wěn)定達(dá)標(biāo)。

圖5 一體化裝備對(duì)TP的去除效果Fig.5 Removal effect of TP by using the integrated equipment

選取PAC(聚合氯化鋁)作為除磷藥劑，以好氧區(qū)出水為試驗(yàn)用水開(kāi)展除磷試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果表明：當(dāng)PAC投加量達(dá)到50 mg/L時(shí)，出水TP濃度能夠維持在1.0 mg/L以下；投加量達(dá)到70 mg/L時(shí)，出水TP濃度能夠維持在0.5 mg/L以下。

2.2 運(yùn)行參數(shù)對(duì)去除效果的影響

在對(duì)設(shè)計(jì)參數(shù)下運(yùn)行效果考察的基礎(chǔ)之上，進(jìn)一步研究氣水比、硝化液回流比、水力停留時(shí)間HRT等運(yùn)行參數(shù)對(duì)一體化裝備運(yùn)行效果的影響。

2.2.1 氣水比對(duì)去除效果的影響

2.2.2 硝化液回流比對(duì)去除效果的影響

2.2.3 水力停留時(shí)間HRT對(duì)去除效果的影響

在水力停留時(shí)間HRT為10 h、8 h、6 h、5 h的條

3 結(jié)論

(1)在進(jìn)水流量3 m3/d、氣水比5∶1、回流比200%的條件下運(yùn)行時(shí)對(duì)COD、NH4+-N、TN、TP的平均去除率分別為88.6%、84.3%、46.7%、52.0%，除TP外，均能達(dá)到一級(jí)B標(biāo)準(zhǔn)。

(2)影響裝備效率的參數(shù)主要有水力停留時(shí)間、氣水比、回流比、COD/TN值等。裝備最佳運(yùn)行參數(shù)為：水力停留時(shí)間HRT 8 h，氣水比5∶1，回流比300%。

(3)該裝備結(jié)構(gòu)緊湊、占地少、運(yùn)行管理簡(jiǎn)便、除污能力強(qiáng)，具有在小城鎮(zhèn)污水處理領(lǐng)域推廣應(yīng)用的前景。

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Study on Performance of Integrated Biological Fluidized Bed Equipment in Small Town Wastewater Treatment

JIANG Zhu-qing1a, LI Guo1a, MAO Yuan-xiang2, DENG Ruo-yu1b, CHEN Yu1b， TANG Li-zhan1b, HE Qiang1a

(1.a.Key Laboratory of Three Gorges Reservoir Region’s Eco-Environment, Ministry of Education; b.Faculty of Urban Construction and Environmental Engineering, Chongqing University, Chongqing 400045, China; 2.School of Chemical & Environmental Engineering, China University of Mining & Technology(Beijing), Beijing 100083, China)

small town wastewater; wastewater treatment; integrated equipment; biological fluidized bed

2017-03-24

“國(guó)家水體污染控制與治理科技重大專(zhuān)項(xiàng)”：小城鎮(zhèn)污水處理成套設(shè)備產(chǎn)業(yè)化與整裝集成應(yīng)用(2015ZX07319-001)

江竹青(1992—)，男，江西九江人，碩士研究生，主要研究方向?yàn)樗廴究刂萍夹g(shù)，E-mail：769482431@qq.com

10.14068/j.ceia.2017.03.017

X703.1

A

2095-6444(2017)03-0066-04