農(nóng)村污水多段進水一體化污水處理設(shè)備

　　隨著農(nóng)村經(jīng)濟的發(fā)展，水沖式廁所進一步普及，農(nóng)戶居民生活用水量增長趨勢明顯，農(nóng)村生活污水處理逐漸成為水污染治理的重點。農(nóng)村污水排放呈現(xiàn)排放量小、排放分散、沖擊負荷較大、污水排放流量和有機負荷波動性大等特點，同時由于建設(shè)相對滯后、管網(wǎng)缺失、城鎮(zhèn)化進程加快、可用地面積越來越小等一系列原因，集約式小型一體化污水處理設(shè)備成為農(nóng)村污水處理的良好選擇。

　　農(nóng)村地區(qū)分散點源污水處理設(shè)備接納污水量偏小，其設(shè)計和運行不能套用城市污水數(shù)以萬噸的處理能力所獲得的參數(shù)?，F(xiàn)有的MBR工藝運行操作復雜、建設(shè)投資較高;且人工濕地、氧化塘等工藝存在占地偏大、負荷較低、穩(wěn)定性差等問題，均難以在農(nóng)村地區(qū)廣泛應用;同時農(nóng)村與城市污水水質(zhì)差別較大。因此研究一體化污水處理設(shè)備處理農(nóng)村生活污水具有重要實踐意義。

　　本項研究在傳統(tǒng)的脫氧除磷(universityofcopetown，UCT)工藝的基礎(chǔ)上，針對氮磷去除中對溶解氧、碳源需求特點和農(nóng)村污水水質(zhì)特點，設(shè)計多點分段進水一體化處理，以北京市通州區(qū)城郊農(nóng)村污水為對象，對比分析分段進水與傳統(tǒng)進水對處理效果的影響，為相關(guān)應用提供支撐。

　　一、方法與材料

　　1.1 反應器設(shè)計

　　反應器設(shè)有厭氧單元、缺氧單元和好氧單元3大主體單元。污水由厭氧單元、缺氧單元和好氧單元進水。污泥回流設(shè)有2個途徑：二沉池回流到缺氧單元和缺氧單元回流到厭氧單元。工藝流程如圖1所示。

　　反應單元均為圓柱體。厭氧單元和缺氧單元直徑80mm、有效水深1000mm;好氧單元直徑100mm，有效水深1600mm。

　　1.2 進水水質(zhì)

　　實驗場地建于通州區(qū)某小型污水處理場站，實驗水質(zhì)見表1。

　　1.3 實驗設(shè)計

　　1.3.1 系統(tǒng)啟動與馴化

　　本實驗的污泥從北京某污水處理廠取回流污泥，馴化過程分為2個階段：

　　第Ⅰ階段：采用原污水半水力負荷連續(xù)進水，不排泥，直至MLSS達到2500mg?L-1。

　　第Ⅱ階段：向原水中投加葡萄糖補充碳源，全水力負荷，排泥運行。反應器MLSS穩(wěn)定維持在2500～3000mg?L-1，當污泥沉降性能良好且鏡檢下出現(xiàn)大量鐘蟲及輪蟲時，若出水各項指標基本穩(wěn)定，則認為污泥接種馴化完成，反應器成功啟動。

　　運行參數(shù)見表2。

　　1.3.2 水質(zhì)分析方法

　　實驗中所要測定的水質(zhì)指標及其分析方法見表3。

　　1.3.3 實驗設(shè)計

　　分段進水方法：1)單點進水，即污水自厭氧區(qū)進水，經(jīng)厭氧―缺氧―好氧依次流出；2)兩段進水，污水自厭氧和缺氧區(qū)同時進水，進水比例5：5；3)3段進水，污水自厭氧區(qū)、缺氧區(qū)和好氧區(qū)同時進水，進水比例為4：3：3。穩(wěn)定狀態(tài)下取水、分析。室溫運行。pH7.3～7.7。好氧池溶解氧高于2mg?L-1。

　　1.2 結(jié)果與討論

　　2.1 進水方式對COD去除的影響3種進水方式對系統(tǒng)COD去除的影響如圖2所示。

　　實驗期間，進水COD濃度變化幅度為220～390mg?L-1。COD去除率為83.9%～96.9%。其中，進水方式為3段進水時，去除率達到最高，為93%～97%，比單點進水和兩段進水分別高出約15%和8%。

　　分析認為，多段設(shè)計在最小體積內(nèi)提升了水質(zhì)，上一階段未降解的污染物可以在下一階段繼續(xù)進行，從而提高了水質(zhì)。本研究中，設(shè)計多段缺氧―好氧組合，提升了難降解有機物的高效分解，進而提升了后續(xù)好氧段對有機物的徹底降解；多段進水系統(tǒng)中，厭氧和缺氧區(qū)域?qū)τ袡C物的去除顯著提高，意味著厭氧區(qū)釋磷和缺氧區(qū)反硝化對碳源的需求帶來了有機物濃度的下降。

　　厭氧條件下，除磷菌分解體內(nèi)的聚磷酸鹽而產(chǎn)生ATP，并利用ATP將廢水中的有機物攝入細胞內(nèi)，以聚β-羥基丁酸等有機顆粒的形式貯存于細胞內(nèi)，同時將分解聚磷酸鹽所產(chǎn)生的磷酸排出體外，完成釋磷過程。這一過程需要有機物的參與，從而提升厭氧區(qū)有機物的去除率。

　　2.2 進水方式對TN去除的影響

　　3種進水方式對TN去除的影響見圖3。系統(tǒng)進水總氮濃度為27～42mg?L-1。TN去除率為73.0%～86.2%。其中，進水方式為3段進水時，去除率達到最高，為82.9%～86.2%，比單點進水和兩段進水分別高出約13%和6%。

　　實驗過程觀察到，分段進水對硝化作用影響不大，3種方式氨氮去除率相近。而反硝化多在第一個缺氧池內(nèi)發(fā)生，認為與這一區(qū)域高比例進水和污泥回流帶來的高硝化氮濃度和有機物濃度有關(guān)，與T.Y.Pai等人的研究一致。同時這一區(qū)域?qū)OD的去除相對較高，反映了該區(qū)域反硝化過程對碳的利用。

　　2.3 進水方式對TP去除的影響

　　3種進水方式對TP去除的影響如圖4所示。系統(tǒng)進水總磷濃度為1.7～5.7mg?L-1，TP去除率為77%～91%。其中，進水方式為3段進水時，去除率達到最高，為86%～91%，比單點進水和兩段進水分別高出約13%和5%。

　　綜上所述，系統(tǒng)分段段數(shù)對工藝除污染效果影響很大。隨著系統(tǒng)分段段數(shù)的增多，各段的進水比例相應減少，反硝化菌和聚磷菌能夠更加充分地利用各段進水中的有機碳源，從而提高系統(tǒng)的脫氮除磷效率。

　　在本研究系統(tǒng)中，遵循UCT工藝的理念，直接回流污泥到缺氧池，避免了回流污泥中的DO和硝化氮對厭氧區(qū)域釋磷條件的沖擊，包括對溶解氧的影響，同時避免了硝化氮在厭氧條件下進行反硝化時與釋磷對碳源的競爭，使磷在厭氧條件下最大化釋放，從而提升后續(xù)好氧池的聚磷(除磷)效果。

　　傳統(tǒng)的單點進水UCT工藝使流入缺氧池中的碳源不能夠滿足回流液中硝態(tài)氮的反硝化需求，因此采用單點進水的脫氮效率相對較低。兩段進水補充了較多的碳源，緩解了對回流液中硝態(tài)氮的反硝化需求。厭氧池和缺氧池都有部分進水流入，為厭氧池的厭氧釋磷和缺氧池的回流硝化液的反硝化脫氮提供了一定量的碳源，當兩點進水的進水量相等時，進水中的碳源可以滿足缺氧池中回流硝化液反硝化脫氮的需求，但是在厭氧池中對釋磷要求的碳源不足，除磷效果比預想差。

　　本項研究用水碳氮比較低，碳源很大程度上是限制反硝化效率的因素，因此可以通過提高第一個階段的進水比例而不必提高污泥回流比來提升氮的去除。采用多點進水可對進水的流量進行合理分配，盡量縮短厭氧釋磷延誤的時間，提高進水中碳源用于脫氮除磷的比例，從而最大限度地提高脫氮除磷的效率。

　　五、結(jié)論

　　對污水進行生物處理過程中，在生化組合單元容積以及二沉池固體負荷相同的條件下，采取分段進水工藝相比傳統(tǒng)的污水處理工藝具有較為明顯改善脫氮除磷的去除效果。當采取三段進水時，COD、TN和TP達到最佳去除率，分別為93%～97%、82.9%～86.2%和86%～91%，比單點進水和兩段進水分別高出15%和8%、13%和6%、13%和5%。因此，通過選用多段進水運行方式，能夠切實提高污水處理系統(tǒng)對氮磷的去除效率。（來源：中國通用機械工程有限公司；北京市通州區(qū)水務局；北京市水科學技術(shù)研究院）