農村污水處理的厭氧一跌水曝氣工藝參數研究

張震宇 谷俊杰 寧平 和弦

摘要：針對農村生活污水處理特點，提出了一套占地面積小、脫氮除磷效果好但工藝流程簡單、管理要求低、投資和運行費用省的“厭氧缺氧跌水曝氣”組合工藝。通過實驗室小試試驗對各單元參數進行研究，結果表明：厭氧單元采用2～3級簡化型UBF厭氧反應;好氧單元采用5級跌水曝氣，總跌水高度2.5m，相鄰兩池間的跌水高度0.5m;好氧回流比30%，回流至缺氧單元，可達到較理想的效果。

關鍵詞：農村;生活污水;厭氧缺氧跌水曝氣工藝

中圖分類號：X703

文獻標識碼：A

文章編號：1674-9944（2018）10-0108-03

1引言

農村生活污水存在以下特點：①建成區規模較小，居住分散，地勢起伏，污水收集困難;②污水間歇排放，水質水量變化大;③難做到有效雨污分流;④現場管理粗放，缺乏維護資金和維護人才。因此，造成很多污水處理工藝在農村地區運行效果不佳，運行不正常甚至無法運維的情況。同時，隨著環保要求的提高，對農村污水處理的要求也在逐步提高，很多地區政府要求農村污水處理站出水達到《城鎮污水處理廠污染物排放標準》一級A標準。這就要求農村污水處理工藝必須具備占地面積小、脫氮除磷效果好但工藝流程簡單、管理要求低、投資和運行費用省的特點。

目前，國內外農村生活污水的處理方法主要是生物處理方法和生態處理系統兩大類。生物處理方法的機理是利用自然界存在的各種微生物的代謝作用，將污水中的有機物分解和向無機物轉化，使污水得到凈化，包括好氧處理和厭氧處理。采用傳統的好氧生物技術處理污水需要消耗大量的能源，跌水曝氣利用勢能的轉換實現復氧，與鼓風曝氣、機械曝氣相比，具有結構簡單、造價低、能耗小、易操作等特點，可以適應平原、丘陵和山區等多種地形特征，降低運行費用，減少工程造價，是一種低成本的曝氣充氧方式。

本研究為實驗室小試試驗，對“厭氧缺氧跌水曝氣”組合工藝各單元參數進行研究，以提高該工藝脫氮處理效果為目標，力爭實現工藝參數最優化。

2小試裝置

在實驗室搭建小試裝置，通過模擬實驗的方式確定各單元工藝參數。研究裝置包括高位水箱、厭氧裝置、缺氧池、跌水池和連接管，示意圖見圖1。各單元的配置如下。

①高位水箱：1臺，配置試驗污水，PVC材質，有效容積為500L。②厭氧裝置：多臺串聯，有機玻璃材質，高為1.5m，直徑為0.2m，有效容積47L.內裝彈性填料，用污水處理廠污泥進行接種。③缺氧池：1臺，PVC材質，有效容積20L，出口接蠕動泵。④跌水池：多臺串聯，PVC材質，有效容積2～4L，內裝彈性填料，擋板可拆卸，下部支架高度可調。⑤連接管：PVC管。

試驗污水參考常見農村生活污水水質指標人工配置而成，CODcr濃度約為300mg/L，C：N：P為100：10：1。污水中CODcr的主要來源為葡萄糖，氮的主要來源為氯化銨、尿素，而磷的主要來源為磷酸二氫鉀。

3實驗結果及討論

3.1厭氧反應器優化

農村污水厭氧單元常用的工藝為厭氧接觸工藝和折板式厭氧反應器，其占地面積大，厭氧效果不充分。為了達到更好的厭氧處理效果，對幾種厭氧工藝進行了比選，選擇了升流式厭氧流化床工藝（UBF），其優點是：①污泥濃度高，活性強;②污水與污泥接觸充分，有機負荷高，處理量大;③占地面積小，適應性強，工期短;④無需混合攪拌設備，靠進水水流與發酵過程中產生的沼氣的上升運動，使污泥床上部的污泥處于懸浮狀態，對下部的污泥層也有一定程度的攪動，運行費用低。但其也存在如下問題：①為保證出水水質需要性能優良的氣、液、固三相分離器來阻擋氣泡，分離污泥和沼氣，由此也造成構造的復雜化，并占去了一定的容積;②當進水的濃度低或SS太高時會導致污泥大量流失，影響出水水質。根據其不足，我們做了如下改進：①進一步增大徑深比，增大污水與污泥充分接觸的時間，池底呈完全厭氧狀態;②略去三相分離器，采用多級簡化型UBF反應器串聯的形式來實現氣、液、固三相分離，簡化工藝組件，并進一步增強厭氧效果和增大厭氧時間，減少污泥流失。見圖2。

根據實驗結果，①在保持水力停留時間HRT=ioh條件下，使用單級簡化型UBF，出水SS較高，容易對后級單元造成堵塞。隨著串聯級數的增加，出水SS降低明顯。②在單一厭氧環境下由于厭氧微生物的氨化作用和釋磷菌的存在，UBF對氨氮、總氮、總磷的去除效果不明顯，需結合其它工藝流程對其處理。③UBF對CODcr的去除效果明顯，當HRT>6h，CODcr去除率>70%;CODcr去除率隨著HRT的增加而增加，當HRT=10h，CODcr去除率可達到80%;當HRT>10h，CODcr去除率變緩。

綜合考慮實驗效果，從污水處理設施建設成本、處理效益比出發，簡化型UBF設置串聯級數為2～3級，HRT=10h。

3.2回流比

不同回流比對脫氮除磷效果有明顯影響。實驗室小試裝置在水溫為23～28℃、水力停留時間為1h、泥齡為12d的條件下，比較了回流比為20%～100%時好氧池底流污泥濃度和進入好氧池的混合液濃度，結果見圖3。

當混合液回流比為20%、30%時，底流污泥濃度可達1000mg/L，40%時為9000mg/L，50%時降至7500mg/L，100%時僅為6000mg/L。隨著混合液回流量的增大，底流污泥濃度減小，因而雖然回流比增加很多，但所帶走的污泥量的增加幅度并沒有回流量增加的幅度大，如回流比為100%時的回流量僅是30%時的2倍，而回流量卻是30%時的33倍。對最后一級好氧池的污泥量進行物料衡算，當混合液回流比為40%、50%、100%時最后一級好氧池內的污泥累積量

當混合液回流比為20%時最后一級好氧池多次發生污泥上浮，說明20%的混合液回流比不可取，因此開展了30%、40%、50%、100%四種混合液回流比下脫氮除磷效果的研究，結果見圖4。當回流比為100%時的脫氮除磷效果差，這主要是由于污泥的回流量太大，相當于試驗設備的處理水量增加了一倍，污水在每個反應池中水力停留時間僅為1h左右，不能保證磷的有效釋放，反硝化也受到影響。

綜合污泥累積狀況和脫氮除磷效果，可將混合液回流比在30%～50%，但是基于節省動力的考慮，在實際運行中宜將混合液回流比控制在30%。

3.3跌水曝氣高度

跌水曝氣是依靠空氣中的氧分壓與水中溶解氧濃度相應的氧的平衡壓強之間的差值作為推動力來進行水體自行充氧，省去了曝氣所需的鼓風機動力消耗，以滿足氧化池對氧的需求，降低了運行成本。根據“菲克（Fick）定律”和“雙膜理論”，跌水后水中的溶解氧值隨著跌水高度的增加而增加。

通過調整跌水池支架高度的方式考察了單級跌水高度對充氧效果的影響，結果見表l。跌水高度從0.3m增加到0.5m，提高0.2m，DO差值提高了0.3mg/L;而跌水高度從0.5m增加至0.8m，提高0.3m，DO差值僅提高了0.2mg/L。

對跌水池進行多級串聯，考察了級數對充氧效果的影響。發現跌水曝氣效果并不隨跌水高度的增加而線性增加。當跌水高度總高度為2.5m時，跌水后DO值為5.07mg/L;當高度增大60%，達到4.0m時，DO值僅增加6%，為5.38mg/L。

跌水高度的增加對提高充氧能力的作用有限，過高的跌水高度會增加泵的揚程，從而增大動力消耗，導致運行費用增加，并且也增加了基建的費用。本試驗確定跌水池總跌水高度為2.5m，相鄰兩池間的合理跌水高度為0.5m。

4結論

（1）“厭氧缺氧跌水曝氣”的污水處理工藝具備占地面積小、脫氮除磷效果好、工藝流程簡單、管理要求低、投資和運行費用省的特點，適合在農村地區使用。

（2）采用2～3級串聯的簡化型UBF厭氧反應器厭氧效果較好，當HRT=10h，CODα去除率可達到80%。

（3）不同回流比對脫氮除磷效果有明顯影響，在實際運行中宜將混合液回流比控制在30%。

（4）跌水池總跌水高度為2.5m，相鄰兩池間的跌水高度為0.5m，可達到較理想的曝氣效果。

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