球形悬浮填料在家庭生活污水处理系统中的应用.doc

1 球形悬浮填料在家庭生活污水处理系统中 的应用 研究报告研究报告 项目资助：项目资助：大理市洱海保护管理局 承担单位：承担单位：大 理 学 院 项目负责人：项目负责人：黄 毕 生 项目组成员：项目组成员：赵志红 周 俊 廖绍华 王志萍 段金波 吴延红 20112011 年年 1010 月月 3131 日日 2 目录目录 前言前言1 1.1.实验实验与器材与器材2 3.3.分析分析结果和讨论结果和讨论7 3.1 工艺流程 7 3.2 球形悬浮填料运用地点、时间8 3.3 投加悬浮填料后装置处理效率 3.4 投加球形悬浮填料前后装置效率对比 3.5 监测指标变化规律9 4.4.结论结论13 参考文献：参考文献：14 结束语与致谢结束语与致谢16 0 前言前言 随着乡镇、农村的迅速发展和广大农村人民生活水平的迅速提高及生活条 件的明显改善,农村生活污水的排放量不断增加1。农村生活污水主要由居民生 活过程中粪便及其冲洗水、洗浴污水和厨房污水等,以及农村分散养殖过程中所 产生的污水组成。农村生活污水水质的特点为 N、P 含量高可生化性强,含重金 属等有毒有害物较少，在排放上具有每户排放量相对较少,水质波动较大,排放 点分散,收集较困难,大多农村没有排水沟渠和污水处理体系等特点2。目前已 有科研工作者充分考虑当地自然、经济、社会条件,研发出投资小、运行费用少、 能耗低、维护管理简单方便以及处理效果好且抗冲击负荷能力强的生活污水处 理工艺3-5。 洱海是中国著名的七大淡水湖泊之一7，位于云南省大理州境内，北纬 2525至 2610，东经 9932至 100278，流域面积 2565 平方公 里，属澜沧江水系。湖面积 251 平方公里，湖容量 27.43 亿立方米，最大水深 21.30 米，平均水深 10.60 米，湖内岛屿面积 0.75 平方公里，为云南省第二大 淡水湖泊9-11 。大理市洱海沿湖十镇共有 101 个村委会，464 个自然村，约 30 万农业人口。随着流域经济社会的快速发展，人们在洱海边围湖造田，建起 村庄、工厂，种上成片的庄稼，这也带来了农业面源污染和生活废水、工业废 水，使洱海的水质不断下降，1996 年、2003 年洱海更是暴发了全湖污染性蓝藻 水华12。在上世纪八十年代，洱海水质呈贫中营养级类，并逐渐上升到 九十年代中营养化类，继而发展到二十一世纪初的富营养化初期类水 质13。 据调查，流域农村每年大约产生垃圾 27.7 万吨，污水 1385.2 万吨。流域 面源污染负荷全年总量氮为 4702.01 吨、磷为 450.85 吨14-15。其中，农业、 农村面源污染负荷氮、磷分别占洱海面源污染负荷的 82.6%、83.5%。 农业面源污染是造成洱海富营养化的主要原因，防治洱海湖泊富营养化面 临较大的压力。为了有效减少农村面源输入的氮磷污染，大理市政府正在洱海 周边逐步建立城镇、集镇、村落、农户四级污水收集处理系统。目前，已在洱 1 海周边建成 8000 多户分散式污水处理系统，该系统是利用微生物的好氧和厌氧 作用，经过多层过滤来达到降解污染、净化水质的一种污水处理方法16-18， 它充分利用了人工介质中生长的植物、微生物以及基质所具有的物理、化学特 性来处理污水，是一种无动力、推流厌氧处理技术。和城市中的污水处理厂相 比，它的处理效果稍有不及，但它解决了农村居民分散居住污水难以集中处理 的这一问题，同时也使监测的各指标有所下降；此外，它还能够做到生态活用， 这和城市污水处理厂完全不同，在我国广大农村地区具有良好的应用前景19- 22。其中绝大部分用户的污水处理系统中未加入悬浮球填料，少数示范户的污 水处理中添加了悬浮球。但这些系统对农村生活污水处理效率具体如何，相关 方面的调查和研究都未见报道。本文以已建成的运转正常的两户生活污水处理 设施（一户处理设施中加入悬浮球，一户处理设施中未加入悬浮球）为调查研 究对象，分析这两套装置对污水中的 TN,NH4+-N，CODcr 以及 TP 的去除效率。 1.1.实验与器材实验与器材 1.11.1 实验仪器与试剂实验仪器与试剂 1.1.11.1.1检测项目和实验仪器检测项目和实验仪器 表表1 1 检测项目和实验仪器检测项目和实验仪器 检测项目 仪器 总氮(TN) 2600紫外分光光度计、医用高压灭菌锅，1- 1.5kg/cm2 总磷(TP) 2600紫外分光光度计、医用高压灭菌锅，1- 1.5kg/cm2、电炉 氨氮(NH4-N) 7200分光光度计、PH计、分光光度计 化学需氧量(CODcr) 回流装置、加热装置、50ml酸式滴定管 1.1.21.1.2 试剂试剂 总氮（TN）： 总磷（TP）： 10%抗坏血酸溶液： 氨氮(NH4-N)： 化学需氧量(CODCr)： 1.21.2 工作曲线的绘制工作曲线的绘制（其中总磷、氨氮工作曲线的绘制） 2 图图 1.1.总磷（总磷（TPTP）工作曲线工作曲线 总磷工作曲线满足线性方程：y = 100.9x - 0.1707，R = 1，线性很好。 图图 2.2.氨氮氨氮(NH(NH3 3-N)-N) 工作曲线工作曲线 氨氮工作曲线满足线性方程：y = 204.52x + 5.7386，R2=0.9997，线性较 好。 3.3.分析结果和讨论分析结果和讨论 3.13.1工艺流程工艺流程 本工艺采用生活污水自流的方式，应用厌氧生物技术及推流原理，利用乙建洱 海周边农村分散式家庭生活污水处理系统中的厌氧池和沉淀池中投加球形悬浮 填料，通过附着于空心球状填料内外表面厌氧或兼氧微生物去除生活污水中的 3 有机污染物、病原菌和部分氧、磷，从而达到净化生活污水的目的。处理装置 平面图见图1 图 1.投加球形悬浮填料后的处理平面图 3.23.2 球形悬浮填料应用地点、时间球形悬浮填料应用地点、时间 2012 年 12 月 20 日大理市下关镇刘官厂村委会南经庄组 26 号赵志松农户 庭院生活污水处理系统中添加悬浮球填料，投加悬浮球体积约占厌氧池、沉淀 池体积的二分之一。经过一个月的挂膜运行，于 2013 年 1 月 9 日-2013 年 1 月 30 日期间对该庭院生活污水处理系统进出水每 3 天采取 1 次测定 CODCr、总磷、 可溶性总磷、可溶性正磷酸盐、总氮、氨氮、亚硝酸盐氮等水质指标。 3.33.3 投加球形悬浮填料后装置处理效率投加球形悬浮填料后装置处理效率 在已建庭院生活污水处理系统中投加球形悬浮填料后，通过一个月的生物 挂膜运行后，开始每 3 天 1 次的采样测定进出水的 CODCr、总磷、可溶性总磷、 可溶性正磷酸盐、总氮、氨氮、亚硝酸盐氮的平均浓度、平均去除率和平均每 升减量见表 2.该系统对 CODCr的平均去除率为 51.8，平均每升削减量为 157.65mg/l；对总氮的平均去除率和平均每升削减量为 16.5和 28.14mg/l； 对总磷的平均去除率和平均每升削减量为 47.1和 0.27mg/l。 4 表 2.投加球形悬浮填料后庭院污水处理系统进、出口水样平均浓度、平均 去除率、平均每升削减量（mg/l） 平均浓度（mg/l） 污染物 进水出水 平均去除率 平均削减量 (mg/l) 化学需氧量（CODCr）304.48146.8351.8157.65 总氮(TN)170.82142.6816.528.14 氨氮(NH2-N)146.63139.145.117.49 亚硝酸盐氮(NO2-N)0.00130.000842.30.0005 总磷(TP)0.570.3047.10.27 可溶性总磷0.400.2340.90.17 可溶性正磷酸盐0.310.1260.80.19 4 4、投加球形悬浮填料、投加球形悬浮填料前后装置的处理效率对比前后装置的处理效率对比 投加球形悬浮填料前后处理系统进、出水中各种污染物的平均去除率和平 均削减量对比见表2: :从污染物的平均去除率%和平均削减量来看，投加球形悬浮 填料以后该系统对总氮（TN）的处理效率比没有投加球形悬浮填料的高，总氮 的平均去除率和平均每升削减量从原来4.3%和10.087mg提高到16.5%和 28.14mg。 表3. 庭院污水处理系统投加球形悬浮填料前后前、后进、出水污染物的平均浓 度和去除率、平均削减量（mg/l）比较 平均浓度(ug/ml) 进 水出 水 平均去除率% 平均削减量 （mg/ml） 污染物 原装置后装置原装置后装置原装置后装置原装置后装置 化学需氧量 CODCr 1108.69304.48396.48146.8364.351.8712.62157.65 总氮（TN） 236.41170.82226.32142.684.316.510.08728.14 总磷（TP） 17.610.5712.710.3027.847.14.90.27 氨氮（NH3- N） 134.74146.63125.42139.146.95.119.327.49 5 可溶性总磷 9.460.409.170.233.140.90.290.17 可溶性正磷 酸盐 9.060.318.780.123.160.80.280.19 亚硝酸盐氮 (NO2N) 0.00230.00130.00160.00829.342.30.00070.0005 5 5、监测指标变化规律、监测指标变化规律 投加球形悬浮填料后的装置经过一个月的挂膜运行后，从2013年3月- 2014年4月对改建后的分散式污水处理系统进、出水的CODCr、总磷、可溶性总 磷、可溶性正磷酸盐、总氮、氨氮、亚硝酸盐氮等水质指标进行了一个月监测, 得到各个水质指标随时间变化曲线图。如下： 图3. CODCr-时间变化曲线 从图3可以看出,不同时间段污水的化学需氧量（COD）变化范围为 94.04516.45mg/L, 波动范围非常大, 最高浓度大约是最低浓度的5.5倍。因 为养殖废水的排入量大大减少，较2010年12月份监测的COD值降低了。该系统的 平均进水浓度304.48ug/ml，平均出水浓度146.83ug/ml，平均去除率51.8%，平 均每升削减量157.65mg，COD平均去除率和平均每升削减量都很高。 6 图4. 总氮(TN)-时间变化曲线 从图4可以看出,在测定时间段内, 生活污水中总氮（TN）含量在 101.84280.75 ug/ml之间波动, 最高浓度是最低浓度的2.8倍,波动较大。其平 均进水浓度170.82ug/ml，平均出水浓度142.68ug/ml，平均去除率16.5%，平均 每升削减量28.14mg，投加球形悬浮填料以后该系统对总氮（TN）的处理效率比 没有投加球形悬浮填料的高。 图5. 氨氮(NH3-N)-时间变化曲线 从图5可以看出, 污水中氨氮（NH3- N ）浓度为101.27204.89 ug/ml,最高 浓度是最低浓度的2倍,变化幅度较大, 平均进水浓度146.63ug/ml，平均出水浓 度139.14ug/ml，平均去除率5.11%，平均每升削减量7.49mg。由于处理系统无曝 气系统是厌氧体系，氨氮不能被氧化，系统中氮元素主要以氨氮和有机氮形态为 主，氧化态氮（NO2N及NO3N）浓度很低，系统不能进行硝化和反硝化过程。 7 图6. 亚硝酸盐氮(NO2-N)-时间变化曲线 从图1可以看出, 生活污水中亚硝酸盐氮（NO2N）的含量很低，变化范围 不大, 不同时段的NO2-N 变化很小, NO2-N 含量仅为0.00110.0017 ug/ml。 图7. 总磷(TP)-时间变化曲线 从图7系统进水的总磷（TP）的浓度可以看出, 该系统的生活污水总磷的范 围为 0.130.83 ug/ml, 进水总磷（TP）较2010年12月份总磷（TP）值降低30.7 倍，可能排入废水的类型发生了变化，养殖废水的排入量大大减少造成的。平 均进水浓度0.57ug/ml，平均出水浓度0.30ug/ml，平均去除率47.1%，平均每升 削减量0.27mg。 图8. 可溶性正磷酸盐-时间变化曲线 从图8系统进水的可溶性正磷酸盐的浓度可以看出, 生活污水正磷酸盐的浓 度范围为 0.180.43 ug/ml, 平均进水浓度0.31ug/ml，平均出水浓度 8 0.12ug/ml，平均去除率60.8%，平均每升削减量0.19mg。 图9.可溶性总磷-时间变化曲线 从图9系统进水的可溶性总磷的浓度可以看出的含量可以看出, 生活污水 可溶性总磷的范围为0.180.59 ug/ml。平均进水浓度0.40ug/ml，平均出水浓 度0.23ug/ml，平均去除率40.9%，平均每升削减量0.17mg。 从图7-25可发现进水总磷（TP）、可溶性总磷、可溶性正磷酸盐进水浓度都 大大降低，总磷（TP）较2010年12月份总磷（TP）值降低30.7倍，主要是排入 废水的类型发生了变化，养殖废水的排入量大大减少造成的。处理系统中的溶 解性总磷主要以正磷酸盐形态存在，约占总磷的50%，另外部分主要以颗粒态磷 形式存在。系统对总磷 和其它形态的磷去除率高，是因为进入系统的总磷浓度 很低。 参考文献：参考文献： 1 张凯松，周启星，孙铁珩.城镇生活污水处理技术研究进展J.世界科 技研究与发展，2003，25(5):5-10. 2 艾平，张衍林，袁巧霞.农村生活污水分散式处理技术浅析J.环境保 护科学，2008，34（6）：8-10 3 刘超翔，胡洪营，张建等.不同深度人工复合生态床处理农村生活污水 的比较J.环境科学，2003，24(5):92-95. 4 成先雄，严群.农村生活污水土地处理技术J.四川环境，2005，24(2): 39-44. 5 沈东升，贺永华，冯华军等.农村生活污水地埋式无动力厌氧处理技术 研究J.农业工程学报，2005，21(7):111-114. 6 水和废水监测分析方法（第四版）M.北京:中国环境科学出版社， 2002:210-280 7 刘天齐主编. 环境保护. 北京：化学工业出版社,1996 9 8 钱易，米祥友主编. 现代废水处理新技术. 北京：中国科学技术出版 社,1993 9 贝拉 G利普泰克主编. 环境工程师手册（上册）. 北京：中国建筑 出版社,1985 10 左剑恶，蒙爱红. 一种新型生物脱氮工艺SHARON-ANAMMOX 组合 工艺. 给水排水,2001,27(10) 11 林燕，杨永哲等. 生物除磷脱氮技术的研究方向. 中国给水排水, 2002,18(7) 12 王建龙. 生物脱氮新工艺及其技术原理. 中国给水排水,2000,16(2) 13 吴凡松，彭永臻. 城市污水处理厂的生物除磷系统设计. 中国给水排 水,2002,18(8) 14 Van Dongen U, et al. The SHARONANAMMOX process for treatment ammonium richwastewater. Water Sci. Technol, 2001,44(1):153-160 15 Van Loosdrecht M C M, Jetten M S M. Microbiological conversions in nitrogen removal, Water Sci. and Technol. 1998,38(1):1-7 16曹向东，王宝贞，蓝云兰，等人工湿地复合生态塘系统中氮和磷的 去除规律J环境科学研究，2000，l3(2)： 15 一 l9Cao Xiangdong，Wang Baozhen，Lan Yunlan，et a1Removalof nitrogen and phosphorus in the pondwetland combinedsystemJResearch of Environmental Science，2000，1 3(2)：1 5 一 l 9rin Chinese with English abstract) 17张荣社，周琪，史云鹏，等潜流构造湿地去除农田排水中磷的效果 J环境科学，2003，24(4)：105108Zhang Rongshe，Zhou Qi，Shi Yunpeng，et a1Phosphorusremoval of agriculture wastewater through subsurface constructed wetlandJEnvironmental Science，2003，24(4)： 1 051 08(in Chinese with English abstract) 18余兆祥，冯耀宇，齐荣，等利用人工湿地脱除废水中氨氮和磷的统 计分析 fJ环境