ABR與觀賞型水生人工聯(lián)合處理生活污水

　　黑水，糞便污水，其一是指含有糞便物質(zhì)的生活污水，其二定義是廁所污水，包括沖廁污水和糞便。校園黑水中含有生活污水中大多數(shù)有機(jī)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)。利用厭氧發(fā)酵技術(shù)雖能使大多數(shù)有機(jī)物得到有效的降解，同時(shí)獲得生物質(zhì)能，但出水水質(zhì)仍然難以達(dá)到直接排放的水平。如果大量未經(jīng)后續(xù)處理的沼液排向城市管網(wǎng)，雖沼液得到初步處理，但沼液中所含氮磷等營(yíng)養(yǎng)元素不僅造成浪費(fèi)，更會(huì)污染水體環(huán)境。如將校園黑水沼液穩(wěn)定處理后用于綠色校園綠化用水，這更加符合節(jié)水型海綿型校園建設(shè)理念。既可減輕對(duì)市政設(shè)施和污水處理廠的壓力，又可美化生活環(huán)境和節(jié)約用水，是一種可持續(xù)性發(fā)展的污水處理方法。

　　ABR反應(yīng)器是由多個(gè)折板將反應(yīng)器分為多個(gè)格室，生活污水在反應(yīng)器內(nèi)沿折板上下流動(dòng)，依次通過(guò)各個(gè)格室進(jìn)行厭氧生物處理，具有處理能力大、易于調(diào)控、效率高、成本低等優(yōu)點(diǎn)。ABR反應(yīng)器內(nèi)有微生物附著的填料對(duì)生活污水中含有的大量懸浮物的過(guò)濾作用明顯，能有效防止污泥的流失，有利于活性污泥和有機(jī)物的積累，既能縮短啟動(dòng)時(shí)間，又可以保證反應(yīng)器在較短水力停留時(shí)間及較大水力負(fù)荷條件下的穩(wěn)定運(yùn)行。此項(xiàng)工藝將污水厭氧消化之后提高了水體的可生化性，產(chǎn)生的沼氣也可回收利用實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排的理念，為觀賞型水生人工濕地的后續(xù)處理提供了必要的前提條件。

　　針對(duì)校園生活污水分散式的特點(diǎn)，將ABR反應(yīng)器與觀賞型水生人工濕地串聯(lián)組合工作，ABR反應(yīng)器處理的沼液再經(jīng)過(guò)水生植物的吸收作用進(jìn)一步凈化水體，最終將處理完達(dá)標(biāo)的水排放至室外排水管網(wǎng)中。力求將此工藝流程建立為一種簡(jiǎn)單方便、經(jīng)濟(jì)有效、管理容易的生活污水生物生態(tài)組合處理工藝。

　　1、實(shí)驗(yàn)

　　1.1 實(shí)驗(yàn)裝置

　　試驗(yàn)在鹽城工學(xué)院希望大道校區(qū)內(nèi)進(jìn)行，采用“厭氧消化反應(yīng)―――觀賞型水生人工濕地”的組合工藝處理校園生活污水，實(shí)驗(yàn)裝置如圖1所示。

　　厭氧單元結(jié)構(gòu)：ABR反應(yīng)器由PVC板制成，長(zhǎng)1.5m、寬0.2m、高1.0m，分成3個(gè)單元。最左側(cè)單元距頂部0.1m用橫流蠕動(dòng)泵進(jìn)水，最右側(cè)單元距頂部0.2m出水。每個(gè)單元分一個(gè)上向流室和一個(gè)下向流室，下向流格室寬度0.1m，上向流格室寬度0.4m，反應(yīng)器格室掛有彈性填料。在每個(gè)單元設(shè)置取樣口，頂部設(shè)置排氣管與水封連接，格室沼氣產(chǎn)量采用實(shí)施氣體流量計(jì)計(jì)量，頂部用三通管連接排氣管接通。

　　觀賞型水生人工濕地結(jié)構(gòu)：種植有綠蘿的水槽，長(zhǎng)2m、寬0.3m、高0.4m，進(jìn)口水深35cm，在池底上方2cm處開(kāi)口作為出水口。ABR反應(yīng)器出水在經(jīng)過(guò)自由跌水之后進(jìn)入水槽。水槽水面上方用鋼絲網(wǎng)格鋪設(shè)，格寬15cm，每格格室內(nèi)種植1~2株綠蘿。記錄實(shí)驗(yàn)初期根莖平均長(zhǎng)度為4.5cm。

　　1.2 實(shí)驗(yàn)水質(zhì)

　　試驗(yàn)所用生活污水直接取自鹽城工學(xué)院22棟宿舍樓樓下污水井，進(jìn)水水質(zhì)如表1所示。

　　1.3 接種污泥

　　接種污泥取自鹽城城東污水廠二沉池回流污泥，該污泥沉降性能良好。

　　1.4 測(cè)定項(xiàng)目與方法

　　水質(zhì)分析方法采用《水和廢水監(jiān)測(cè)分析方法》，其中COD：重鉻酸鉀法，污泥懸浮固體濃度(MLSS)采用重量法測(cè)定，TP質(zhì)量濃度：過(guò)硫酸鉀氧化紫外分光光度法(GB11894-89)，TN質(zhì)量濃度：過(guò)硫酸鉀氧化紫外分光光度法(GB11894-89)。試驗(yàn)用藥品均為分析純。

　　2、結(jié)果與討論

　　2.1 實(shí)驗(yàn)啟動(dòng)階段

　　2.1.1 改進(jìn)型ABR反應(yīng)器啟動(dòng)

　　ABR反應(yīng)器每個(gè)格室的接種污泥MLVSS為30.0g/L，反應(yīng)初期為保證反應(yīng)器內(nèi)微生物的生長(zhǎng)，通入人工配水(COD濃度140mg/L)，靜置10d后啟動(dòng)運(yùn)行。啟動(dòng)初期，水力停留時(shí)間較長(zhǎng)，為的是讓污泥能更好地接種在彈性填料表面。在前十天內(nèi)，進(jìn)水的COD在140mg/L左右，其出水(取樣口3)COD在31mg/L左右，反應(yīng)器3個(gè)格室的COD累計(jì)去除率達(dá)78%。在第十一天，通入要處理的校園生活污水(COD濃度450mg/L)，發(fā)現(xiàn)出水水質(zhì)稍有下降，可能是反應(yīng)器內(nèi)的微生物菌群仍未能夠完好的附著生長(zhǎng)。隨著時(shí)間的推進(jìn)，反應(yīng)器中彈性填料富集培養(yǎng)的顆粒污泥的活性越來(lái)越強(qiáng)，校園生活污水在通過(guò)反應(yīng)器后，大量難以降解的有機(jī)物均被有效去除。由圖2所示，校園污水中大部分COD能在ABR反應(yīng)器內(nèi)被去除。

　　2.1.2 COD去除效果的影響因素

　　為了得到ABR反應(yīng)器的最佳處理能力，考察水力停留時(shí)間(HRT)的改變對(duì)COD去除率的影響效果。結(jié)果表明：當(dāng)HRT從24h增加到96h再到120h時(shí)，COD去除率有較為直觀地上升(見(jiàn)圖3)，HRT為24h時(shí)厭氧COD平均去除率為65.2%，48h時(shí)為70.4%，72h時(shí)為75.4%，96h時(shí)為79.6%，120h時(shí)為80.3%。根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果水力停留時(shí)間為96h時(shí)去除效果為80%左右，當(dāng)停留時(shí)間減少，去除效果下降，當(dāng)水力停留時(shí)間增加到120h時(shí)，處理效果沒(méi)有明顯變化。所以最佳水力停留時(shí)間確定為96h。

　　2.1.3 組合工藝啟動(dòng)階段

　　圖4顯示了ABR反應(yīng)器―――觀賞型水生人工濕地組合工藝啟動(dòng)初期對(duì)校園生活污水中TP的去除效果。初期進(jìn)水為人工配水，水中TP含量在14~15mg/L左右，經(jīng)過(guò)ABR反應(yīng)器出水的TP在8~9mg/L，去除率在32%~35%左右，通過(guò)水生濕地后，出水的TP下降至1.0mg/L以下，組合工藝對(duì)反應(yīng)器廢水中TP的去除率在93%左右。達(dá)到《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB18918-2002)一級(jí)A排放標(biāo)準(zhǔn)。由圖可以發(fā)現(xiàn)廢水中TP大部分是在經(jīng)過(guò)水生植物后被去除的。

　　在初秋季觀賞型水生人工濕地中綠蘿生長(zhǎng)茂盛，根系較之前有較為明顯增長(zhǎng)，大量的微生物在根系富集，為微生物降解提供便利。圖5為9月30日綠蘿根系電鏡照片。

　　圖6為ABR反應(yīng)器―――觀賞型水生人工濕地組合工藝啟動(dòng)初期對(duì)校園生活污水中TN的去除效果。從圖6可以看出校園生活污水中TN在經(jīng)過(guò)ABR反應(yīng)器后降低到12~15mg/L左右，去除率在80%左右，水生人工濕地出水中TN降至5.0mg/L以下，組合系統(tǒng)對(duì)TN去除率達(dá)到90%以上，達(dá)到《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB18918-2002)一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)。

　　2.2 組合工藝穩(wěn)定運(yùn)行階段

　　2.2.1 穩(wěn)定運(yùn)行階段COD去除效果

　　在啟動(dòng)穩(wěn)定期(20~50d)時(shí)，出水COD能穩(wěn)定在80~100mg/L之間，出水去除率在78%以上。在運(yùn)行中段(33~37d)突然加大進(jìn)水流量對(duì)反應(yīng)器沖擊，但出水水質(zhì)依舊較為穩(wěn)定，可見(jiàn)反應(yīng)器內(nèi)微生物生長(zhǎng)基本穩(wěn)定且能較好的去除水中雜質(zhì)。組合工藝出水COD濃度小于50mg/L，去除率在90%以上，達(dá)到《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB18918-2002)一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)。

　　2.2.2 穩(wěn)定運(yùn)行階段TN、TP去除效果

　　從啟動(dòng)階段實(shí)驗(yàn)可知，在經(jīng)過(guò)了反應(yīng)器處理后的污水，水中COD已經(jīng)有明顯的改善效果，但是部分氮磷的處理并未完全達(dá)到城鎮(zhèn)污水排放標(biāo)準(zhǔn)。為了進(jìn)一步的改善出水水質(zhì)以滿(mǎn)足該標(biāo)準(zhǔn)，可將反應(yīng)器內(nèi)的出水用導(dǎo)管與人工濕地串聯(lián)起來(lái)，再通過(guò)水生植物(本實(shí)驗(yàn)采用的為綠蘿)的吸收以獲得理想的效果。水生植物處理方法的特點(diǎn)在于不需要額外在過(guò)濾裝置內(nèi)填充石英、礫石等濾料，通過(guò)莖稈或根系發(fā)達(dá)的水生植物形成根系過(guò)濾層，將水中懸浮的顆粒雜質(zhì)過(guò)濾去除，并通過(guò)植物吸收及微生物呼吸作用將前段處理中難降解的N、P等物質(zhì)進(jìn)行后續(xù)處理，形成一個(gè)由水生植物、水生動(dòng)物、微生物構(gòu)成的高效生態(tài)凈化系統(tǒng)。

　　實(shí)驗(yàn)穩(wěn)定運(yùn)行期間，生活污水日處理量40L，在環(huán)境溫度為15~18℃條件下，考察人工濕地系統(tǒng)對(duì)N、P的去除效果(見(jiàn)表2)。有實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可知，在進(jìn)入水栽處理前的污水在經(jīng)過(guò)反應(yīng)器處理后有大部分N已被去除在80%左右，然而P的去除率較低不到30%。在經(jīng)過(guò)人工濕地單元后，后續(xù)出水的N含量在5.0mg/L左右，P含量在1mg/L左右。由此可見(jiàn)，該組合工藝對(duì)有機(jī)物降解有很好的效果，能在穩(wěn)定運(yùn)行的過(guò)程中保證較低COD的同時(shí)將水中難降解的P也一并去除，同時(shí)具備一定的抗沖擊負(fù)荷能力。

　　3、結(jié)論

　　ABR反應(yīng)器投資少、運(yùn)行維護(hù)方便，更貼近現(xiàn)代綠色環(huán)保，節(jié)能減排的發(fā)展理念，適用于校園、農(nóng)村、城鎮(zhèn)化小區(qū)等生活污水的處理。本套系統(tǒng)經(jīng)過(guò)20天的常溫馴化后穩(wěn)定運(yùn)行，建議HRT為96h，厭氧系統(tǒng)污水COD去除率達(dá)到80%。

　　將ABR反應(yīng)器與觀賞型水生人工濕地系統(tǒng)串聯(lián)，對(duì)污水進(jìn)行深度后續(xù)的處理，不僅能對(duì)水中COD進(jìn)一步去除，更能將污水中在厭氧階段難以去除的N、P等無(wú)機(jī)物有效的降解，組合工藝出水水質(zhì)滿(mǎn)足《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》中一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)。(來(lái)源：鹽城工學(xué)院土木學(xué)院，江蘇中森建筑設(shè)計(jì)有限公司)