（环境科学专业论文）强化混凝接触氧化工艺处理农村生活污水的试验研究.pdf

a b s t r a c t t h en e wa g eo fr u r a lc o n s t r u c t i o nw h i c hh a sf u r t h e rc o m p r e h e n s i v ec h a n g e dt h ef a c e o f c o u n t r y s i d e ；t h ed e v e l o p m e n tr a p i d o f e c o n o m y w i t h e x p a n d i n gc o n t i n u a l l y u r b a n i z a t i o nr a t e w i t ht h ep r o g r e s so f ：r u r a lc o n s t r u c t i o n ，t h ec o n c e n t r a t e so f p o p u l a t i o n a n dw a t e rc o n s u m p t i o ni nd a i l yl i f ew e r ea d d e dc o u l dl e a dt oi n c r e a s i n gd o m e s t i cs e w a g e r e l e a s e i nt h e s ec a s et h ep r o b l e mo fw a t e r s h o r t a g ea n dc o n t a m i n a t ew o u l dg e t t i n gw o r s e t h em o s tc o u n t r yf a c i n gt h es a n l ep r o b l e mo f d r a i n a g e ，w h i c hw a sp o o ra n dw e a ki n b a s i cc o n s t r u c t e d g r e a tm a j o r i t yp o l l u t e dw a t e rw a sd i s c h a r g e di nas i m p l yw a y , w h i c h w o u l dc o n t a m i n a t es u b t e r r a n e a nf i v e ro ri n f i l t r a t es o i l t h u st h ei s s u eo fr i v e rw a t e r q u a l i t yd r o p p i n g ，p o l l u t i o na n dl o ws o i lq u a l i t yi n d i c a t o rw h i c hc o u l da r o u s ef l i e s b r e e d i n ga n dp a t h o p h o r e s i sw i l ld ob a di n f l u e n c eo nt h ec o u n t r yd e v e l o p m e n ta n dt h e h e a l t h yo fp e a s a n t i fa l ln oc h a n g i n g ，t h ee n v i r o n m e n t a le f f e c tb ya c c u m u l a t i o no f c o n t a m i n a n tw o u l dn o tb ee l i m i n a t e di n ls h o r tt i m e t h e s ew e r ec o n t r a d i c t i n gw i t ht h e o r i g i n a li n t e n t i o no fb u i l d i n gg o o dh o m ：f o rh u s b a n d m a na n dn e wc o u n t r y i nt h i sw a y , w h i c hm o s tg o v e r n m e n t ，e x p e r ta n dt h es o c i e t yf o c u so no n et r e m e n d o u sp r o b l e m ：t h e v i l l a g es a n i t a r ys e w a g e t h eu n i q u ec h a r a c t e r i s t i co fr u r a ld 1 。a i n a g ew h i c hd i s p l a y si ns e v e r a lp a r t s ：f i r s t ，t h e r e s i d e n c ew a s d i s p e r s i n g i nt h e c o u n t r y t h u st h ed r a i n a g ef a c i l i t yc o u l dn o tb e p r o g r a m m e da st h es a m ew a yo fc i t yb e c a u s ed i s e c o n o m y s e c o n d ，t h ed i s c h a r g ev a l u e a n dw a t e rq u a l i t yo fd o m e s t i cs e w a g ew e r e d i s t i n g u i s h e db yt h el i v i n gs t a n d a r da n dh a b i t t h i r d l yt h eo b v i o u si n t e r m i t t e n c eo fd i s c h a r g i n g ，t h ey i e l da n dq u a l i t yo fw a t e rw a v e d l a r g e l yb e c a u s eo ft h e s ec h a r a c t e r s ，w ec o m p a r e dm a n yt e c h n i q u e ss u c ha sm e t h a n et a n k ， c o n s t r u c t e dw e t l a n d s ，a q u a t i cs y s t e m s ，a n de c o t e c h n o l o g yw h i c hw o u l db es u i t a b l ef o r c o u n t r ys e w a g e t h e ns t u d yt h ep o w e r f i j lm i x t u r ec o a g u l a n tb a s e do nd i a t o m i t ew h i c h c o u l db eu s i n ga sa ni n t e g r a t i o nt e c h n o l o g yi nt h ec o u n t r yd o m e s t i es e w a g es y s t e m i n o r d e rt oa c h i e v ei n e x p e n s i v ec o l l e c t i n ga n dr e s o u r c er e c o v e r i n gi n c o u n t r yd o m e s t i c s e w a g e ，a n dw h i c hc o u l db es o l v et h ep r o b l e mo fp e o p l eh e a l t h ya n de n v i r o n m e n t a l p o l l u t i o na r i s i n gf r o mw a t e r t h ee x p e r i m e n tw a sd i v i d e di n t ot w op a r t s f i r s tu s i n gt h ed i a t o m i t ea st h em a j o r r a wm a t e r i a la n do t h e rt h r e ec o n s t a n tc o a g u l a n t sb l e n d e d ，t h i sc o u l dc o n f i r mt h eb e s t r a t e ， c o n t e n t ，t i m ea n dp hp a r a m e t e r , d i s l o d g ee f f e c ti ne x p e r i m e n t t h es e c o n dp a r td i a t o m i t e a n dc o a g u l a t i o nm i x t u r ew e r ee x p e r i m e n t e dw i t hb i o l o g i c a lc o n t a c to x i d a t i o ng r o u p t h e f i r s tp a r tw a sf o s t e r i n gm i c r o c u l t u r eb yc o n t a c to x i d a t i o na n db i o f i l mc o l o n i z a t i o n ，t h e n d e t e c t e dw a t e rq u a l i t yf o rb i o f a c i e s a f t e rt h eb i o l o g i c a lc o n t a c to x i d a t i o nc o l u m na n d b i o f i l mc o l o n i z a t i o nw e r ea c c o m p l i s h e d ，t h e nc o n n e c t i n gt h ec o a g u l a t i o nm i x i n gs y s t e m ， c h a n g i n gi n f l o wf o rd e p o s i t i n ge f f l u e n t s t u d ys h o w st h es u i t a b l ed i a t o m i t ea n dc o a g u l a t i o nm i x t u r e r a t ew a st h eb e s tw a yt o d e a lw i t hd o m e s t i cs e w a g e ，o r t h o g o n a lt e s tw a su s e dt oe n s u r et e c h n o l o g i c a lp a r a m e t e r f o ra l u m i n i u mp o l y c h l o r i d ( p a c ) ：d i a t o m i t e ( m a s sr a t i o ) = 1 ：11 ，t h eb e s tt e c h n o l o g i c a l p a r a m e t e r ss h o u l db ea sf o l l o w s ：d o s a g e2 5 m g l ，s t i r r i n gq u i c k l ya t3 0 0 r m i nf o r2 m i n ， s l o w l ya t7 0 r m i nf o r10 m i na n dp h7 - 7 5 t h ec o n c l u s i o nb yt h eo r t h o g o n a le x p e r i m e n t s h o w e dt h a tt h ei n f l u e n c i n gf a c t o r so nt h ee f f e c to fc o a g u l a n th a v ef o l l o w i n go r d e r ：p h d o s a g e s t i r r i n gt i m e ，w h i c hm e a n sp hp l a y sa ni m p o r t a n tr o l eo nt h ee f f e c to fc o a g u l a n t b e t w e e nt h e ：f i r s ta n ds e c o n do r d e rr e a c t i o n s ，o p t i m u mt e c h n o l o g i c a lp a r a m e t e rw a su s e d t od oa sf i r s to r d e rr e a c t i o n ，a n ds t u d y i n gw a sc o n f i r m e dt h ed a t e ：h r tw a s4 ha tt h e s e c o n do r d e rr e a c t i o nb i o l o g i c a lc o n t a c to x i d a t i o ns t a g e ；d oc o n c e n t r a t i o nw a s c o n t r o l l e da t2 - 3 m g 1 d u r i n gt h eb e s tt e c h n o l o g i c a lp a r a m e t e r , t h es t r a i n a w a yr a t eo f c o d ，a m m o n i an i t r o g e na n dt u r b i d i t yw a ss e p a r a t e l y8 5 8 3 ，2 0 9 7 a n d9 4 6 6 t h es t u d ys h o w s ，d o m e s t i cs e w a g ec o u l db eh a n d l e db ys t r e n g t h e n e dc o a g u l a t i o n w i t hc o n t a c to x i d a t i o nw h i c hw o u l da c h i e v ee f f e c t i v ed i s l o d g i n gc o d c r , n h 4 + 一na n d t u r b i d i t y i na d d i t i o nt h i sm e t h o do fo p e r a t i o nt e c h n i q u ew a sc o n s i s t e n t l yw i t hc o u n t r y l i f e ，t h ea d v a n t a g ei n c l u d i n gl i t t l ef l o o rs p a c e ，s i m p l i c i t yo fo p e r a t i o n ，p o w e r f u li m p a c t l o a d ，t h ew a t e rs t a b i l i z a t i o n ，w h i c hw a sd e m o n s t r a t e dt h ef e a s i b i l i t yi nc o u n t r yd o m e s t i c s e w a g e k e yw o r d s ：d i a t o m i t ea n dc o a g u l a n tm i x t u r e ；r u r a ld o m e s t i cs e w a g e ；i n t e n s i f i c a t i o n p r i m a r yt r e a t m e n t ；c o n t a c to x i d a t i o n ； 强化混凝一接触氧化工艺处理农村生活污水的试验研究 1 1 课题研究背景 1 1 2 我国水资源状况 1 绪论 水资源是重要的生活资源和生产资源，是地球上无可替代的自然资源。水资源 的有效开发和利用关系到粮食生产和国家安全的各个方面。地球表面绝大部分被海 水覆盖，占到地球表面积的7 0 以上，但是其中可供人类用来生产生活的淡水资源 只占水资源总量的2 5 ，并且这其中还包含了地球两极的大量目前不可以的冰盖冰 川淡水资源。随着地球人口的日益增多，经济发展和物质生产的不断扩大，人类对 地球水资源的索取越来越大，水资源短缺已成为人类面对的共同环境问题。据联合 国统计数据表明，目前淡水资源消耗总量的7 0 用于农业灌溉，并且在未来二十年 间要在此基础上增加1 4 以维持人口增长的需要，同时家庭用水，工业用水和市政 供水也面临着增加供应的压力，预计整个淡水供应需要增加4 0 ，由此看来，水资 源危急严重制约着人类的可持续发展。 我国是水资源短缺的国家，水的人均占有量占世界的第8 8 位，是1 3 个贫水国 之。川其中城市缺水问题尤为突出。水利部副部长翟浩辉在2 0 0 3 年9 月召开的中 英水务监管机制研讨会上发言时说，目前中国6 0 0 多个城市中，有4 0 0 多个城市存 在供水不足的问题。其中比较严重的缺水城市有1 1 0 个，全国城市缺水总量为6 0 亿m 3 。水资源污染、地下水超采和用水效率低下，进一步加剧了有限水资源的供需 矛盾眈1 。 我国不仅是一个水资源贫乏的国家，同时也是一个水资源污染严重的国家。 2 0 0 3 年长江、黄河、珠江、松花江、淮河、海河、辽河7 大水系4 0 7 个重点监测断 面中6 1 。9 以上的断面水质为i v v 类和劣v 类；2 0 0 5 年，长江、黄河、珠江、松 花江、淮河、海河和辽河等七大水系总体水质与上年基本持平。国家环境监测网七 大水系的4 1 1 个地表水监测断面中，i 。i i i 类、i v v 类和劣v 类水质的断面比例分 别为4 1 、3 2 和2 7 。其中，珠江、长江水质较好，辽河、淮河、黄河、松花江 水质较差，海河污染严重。主要污染指标为n h 4 + - n 、五日生化需氧量、高锰酸盐 指数和石油类；2 0 0 6 年，长江、黄河、珠江、松花江、淮河、海河和辽河等七大水 系总体水质与上年基本持平。七大水系的1 9 7 条河流4 0 8 个监测断面中，i - i i i 类， i v 、v 类和劣v 类水质的断面比例分别为4 6 、2 8 和2 6 1 3 1 。虽然国家和社会已 经开始重视水资源污染治理的问题，但是从总体上看仍然是局部在改善总体在恶 化，整体局势仍不容乐观。一直以来，面对经济发展的压力和和先污染后治理的错 误观念，流经城市的河流大都面临工业和生活污水的污染，并且随着乡镇企业近年 的不断发展，污水处理物质和技术的落后，农村水资源短缺和污染问题日益严重。 河北农业大学硕士学位( 毕业) 论文 面对目前水资源短缺和污染并存的问题，水科学工作者普遍认为进行有效的污水处 理和回用是解决问题的有效途径。城市污水回用主要具有以下优势：( 1 ) 具有就近 可得、易于收集处理、水量大且稳定可靠等优点城市供水量的8 0 变为城市污 水排入管网中，收集起来再生处理后，7 0 n - - i 安全回用，即城市供水量的一半以上 可以作为再生水回用于对水质要求较低的用户。( 2 ) 经济优势比远距离引水和 海水淡化便宜，其基建投资约相当于远距离引水的1 1 0 ，海水淡化的1 1 6 ，其运行 费用约为0 1 7 、一0 7 元m 3 ，而远距离调水和海水淡化分别为2 3 , - - - , 8 元m 3 和8 3 5 元m 3t 4 1 ；( 3 ) 技术优势国内外对城市污水回用的研究较多，使其在技术上完 全可行1 5 1 。综上所述，在当前水资源短缺成为全球面临的严重问题的前提下，污水 的回收与再利用已成为解决水量危机的必由之路11 7 1 。 1 1 2 我国农村生活污水污染特点及处理现状 改革开放三十年来，随着城镇市政工程的不断改进和完善，城镇生活有了翻天 覆地的变化。城市污水的管网建设基本完善，建成了基本能够满足城镇需要的雨水、 污水收集系统并且将它们送往污水处理厂集中处理，实现无害排放或回用。 但是相对于城市污水处理而言，农村不具有经济基础以及城市的人口密度，从 而无法实现大规模收集和处理。农村生活污水的特点主要表现在几个方面，第一， 在分布方面居民住宅分布比较分散，不能按照常规城市管网规划思路进行排水设施 的建设。第二二，在生产方面，农村农业的生产特点是水资源的利用与农业生产密切 相连，水资源既是生活必须要素同时又是农业生产的必要条件。农村水资源环境的 自净和容纳能力远远大于集中居住的城镇水环境。第三，在排水特点方面，农村生 活污水的排放量和污水水质与经济生活水平和生活习惯密切相关，排放间歇明显， 水质、水量波动大略1t 9 1 。 目前在我国大部分地区，尤其是中西部的广大农村，生活污水的排放一般是粗 放型的，绝大部分的生活污水都是直接排放到屋边水沟或村边河沟、河流以及湖泊 中，另一少部分则是直接泼洒到路面。对于未经任何处理的泼洒污水虽然在自然蒸 发和重力作用下能实现污水的减量，但是长期以往会造成有害物质渗入地下，造成 土壤污染以及地下水安全破坏。同时，这种方法严重破坏了村容村貌，滋生细菌蚊 虫传播疾病危害人体健康。而对于直排入河的污水虽然在一定程度上能够起到收集 和汇集污水的作用，可以为后续处理创造一定程度的便利条件，但是由于是在自然 条件下的排放不可避免的会造成高浓度污水的渗漏和阻塞等问题。同时当长期的直 排超过环境容纳量时引发的环境恶化造成的影响往往很难彻底改善。随着新农村建 设速度加快，人民生活水平不断提高，生活污水的肆意排放，已成为农村区域水环 境恶化的主要因素之一，同时，也是造成农村区域生态环境破坏及湖泊富营养化的 重要因素m 1 1 l l 1 2 l 。 2 0 0 6 年以来，党中央国务院启动了社会主义新农村建设，把改善农村居民生活 2 强化混凝一接触氧化1 ：艺处理农村生活污水的试验研究 生产条件作为农村工作的重点以来，各级政府和科研院所逐步把工作重点转向农村 水环境和水安全。王照海从城乡二元结构差异的角度分析了农村水污染问题，并以 此为切入点研究了农村水问题的解决模式 1 3 1 。吴子豪，玉玲红认为城市污水处理 系统实现了从零到逐步完善实现了跨越式的发展，但占我国大部分面积的广大农村 污水还是直接排放，并且提出了应开发适用于农村的分散式污水处理需求，低成本 易管理的污水处理工艺 1 4 1 0 白永刚等针对苏南地区人口密集，水网密布，河塘众 多的特点，提出了微动力生化一景观绿地组合技术、厌氧池一脉冲多层复合滤池一 人工湿地组合技术、sbr 一化学除磷组合技术1 5 1 。 农村生活污水作为农业面源污染的一个重要组成部分由于量大，分散，不便于 管理等特点一直以来没有的到有效的管理和控制。农村长期的生活污水的无序排放 已经成为农村环境污染的重要污染源，造成农村周边河水湖泊水体变黑异味，以至 于鱼虾绝迹，蚊虫滋生，同时成为了传播疾病的源头，使广大农民群众的身体健康 受到极大的影响和威胁1 1 6 1 。因此，对农村生活污水处理进行技术研究，从源头上 控制农村生活污水的面源污染，已经成为河网水质治理和解决重点流域水环境水质 恶化最主要最迫切的任务之一。 1 2 农村污水处理技术概述 农村生活污水中的污染物一般以有机物为主，具有比较高的可生化性，因此普 遍使用生物处理法。从处理方式上一般分为集中处理和分散处理。考虑到大部分农 村的经济条件差、技术缺乏、管理水平低、下水道的普及率和使用率比较低等特点， 农村生活污水适宜采用分散处理，个：别地方采用集中处理与分散处理相结合的方 式。 1 2 1 人工湿地技术 人工湿地( c o n s t r u c t e dw e t l a n d ) 是人工设计与建造的由饱和基质、挺水与沉水植 被、动物和水体组成的复合体1 1 7 1 0 人工湿地的特点主要是利用生物、化学和物理 三种作用的协同作用通过微生物的分解植物的吸收以及吸附，过滤、沉淀实现有机 物的降解和去除。( 见图1 ) 人工湿地净化污水始于1 9 5 3 年德国的m a xp l a n c k 研究 所，到了2 0 世纪7 0 年代末期大面积开展试验应用 1 8 1 。人工湿地优势包括投资处 理费用低，表面流和潜流人工湿地因无需大量人工构筑物和机电设备，无需曝气、 投加药剂和回流污泥，也没有剩余污泥产生，节省投资和运行费用1 1 9 1 。同时，维 护管理技术要求低，比较适合用于资金少、能源短缺和技术人员缺乏的农村。我国 在1 9 8 7 年由天津市环保局成功建设一个占地6 h m 2 ，处理规模1 4 0 0 m 3 d 的芦苇湿地 工程配叫，之后各地相继开展人工湿地处理污水技术研究，并的到广泛应用。相对而 言人工湿地的缺点是占地面积较大，对于人地矛盾较大的地区显然不十分合适，同 3 河北农业大学硕士学位( 毕业) 论文 时由于人工湿地主要依赖植物与微生物的协同作用，而我国幅员辽阔，南北气候差 异大，要在全国范围内统一推广人工湿地污水处理系统困难较大t 2 1 l 。 1 2 2 土地渗滤技术 图1 人工湿地效果图 f i g 1t h ep i c t u r eo ft h ec o n s t r u c t e dw e t l a n d 人工土壤渗滤技术是一种人工强化的污水生态工程处理技术，它通过利用在地 表下面土壤中栖息的土壤动物、土壤微生物、植物根系以及土壤所具有的物理、化 学特性，将污水合理投配到天然土壤或种有植物的天然土壤表面使污水得以净化一 种污水处理工艺，它属于小型的污水土地处理系统( 见图2 ) 。 人工土地渗滤技术由于其净化效果好，耐冲击负荷强，建设容易，维护简便，受 气温影响较小的优点对于我国农村生活污水的分散特性比较适合。美国农村及散居 住户约有3 6 采用了土地渗滤污水处理技术，出水达到了三级处理的效果k 2 2 1 。近 年来，对于我国分散污水处理中使用土壤渗滤技术的研究和应用越来越多。一般认 为，该工艺适合在农村、城乡结合带、人口不太密集的地区和没有条件将其下水道 系统与城市污水管网连接的地区推广使用k 2 3 1 。 4 强化混凝一接触氧化工艺处理农村生活污水的试验研究 翌生阕出承 1 2 3 沼气池技术 图2 土地渗滤处理系统效果图 f i g 2t h ep i c t u r eo ft h ew a s t e w a t e ri n f i l t r a t i o nl a n dt r e a t i n gs y s t e m s 沼气池技术属于厌氧生物处理的一种，在厌氧条件下通过厌氧菌对有机物的分 解产生以甲烷为主的沼气达到有机污染物的消减。沼气池技术就是把污水处理和废 弃物资源化结合，通过沼气池处理过的生活污水可以作为景观用水和农业灌溉，产 生的沼气可作为家庭能源。沼气池技术在应用的过程中，不仅解决了污水处理的问 题和能源问题，同时还是一个造肥和杀灭细菌的过程。 研究表明，沼气发酵技术是利用微生物的厌氧发酵原理将畜禽粪便污物转化为 甲烷，并且消灭绝大部分的病原微生物。据报道，猪粪经过沼气池发酵后，b o d s 去除 率为8 8 ，c o d c r 去除率为8 7 ，悬浮物去除率为9 8 ，n h 4 + n 去除率为8 3 ， 消灭人畜寄生虫卵达9 0 6 ，消灭大肠杆菌9 9 9 ，消灭细菌9 9 6 。八十年代以 来，研究利用农村家用水压式沼气池代替城镇楼房住宅化粪池，分散处理城镇生活 污水和粪便的技术，称为“城镇生活污水净化沼气池，此种技术投资分散，不专 门占用土地，在很多地方得到推广。但是沼气池的发展仍然面临一些问题如技术标 准不统一、缺乏必要的推广示范经费等2 4 】1 2 5 。 1 2 4 厌氧一人工湿地技术 很多研究结果显示，独立的人工湿地技术处理农村生活污水对s s 的去除率至 少可达8 0 旺目前人工湿地的除污率是研究的主要方向，但是一般生活污水可生 化性( 以v s s t s s 计) 约为5 0 ，即意味着被人工湿地处理的污水中，至少有4 0 难以降解的s s 稳定的残留于独立运行的人工湿地介质中t 2 7 1 0 这样的结果必然加强 了独立运行的人工湿地介质阻塞的可能性，以至于降低人工湿地的稳定性。针对这 种情况，提出了厌氧一人工湿地技术。( 见图3 ) 厌氧段不仅具有较高的s s 去除效 5 河北农业大学硕士学位( 毕业) 论文 率，以显著减轻后续人工湿地单元的s s 负荷，达到维持系统长期高效稳定之目的， 同时厌氧段可以去除大部分有机污染物质和部分氮、磷等营养物质k 2 8 1 。 对于大部分农村没有完善的管网基础建设，人工湿地的厌氧段可采用增设沼气 池用于厌氧处理生活污水。沼气池的投资建设包括土建、管道配置等，但沼气池产 生的沼气回用可以弥补前期投入，据计算，每天每户运行费用约为0 0 2 5 0 0 5 元2 鲫。 图3 厌氧一人工湿地技术效果图 f i 9 3t h ep i c t u r eo ft h ea n a e r o b i cs y s t e mc o n s t r u c t e dw e t l a n d 1 2 5 厌氧一跌水充氧接触氧化一人工湿地技术 厌氧跌水充氧接触氧化人工湿地技术在厌氧人工湿地技术基础上增加了跌 水充氧接触氧化。( 见图4 ) 厌氧池起到预处理的作用，降低污水冲击负荷，减轻后 续工序的处理负担；跌水充氧接触氧化池主要用于去除有机物，并具有一定的脱氮除 磷功能；人工湿地具有脱氮除磷和进一步去除有机物的作用。通过厌氧好氧二级处 理在降低进入人工湿地污水冲击负荷的同时，稳定进水水量和水质，在此基础上的 人工湿地通过生态系统中的物理、化学和生物的三重协同作用，通过过滤、吸附、 沉淀、离子交换、植物吸收和微生物分解来实现对污水的高效净化1 3 0 - 3 1 1 。 对于农村居住相对集中而产生闲置土地、废弃河塘，尤其是有地势差、有乡村 旅游产业基础以及对氮磷去除要求较高的村庄，可采用此种处理工艺。有地势差的 地区可以利用地势差实现跌水曝气，而减少水泵提升的能源消耗。跌水充氧接触氧 化池可实现自动控制。该系统户均建设成本约为1 8 0 0 - - 2 0 0 0 元，设备运行成本仅 为水泵提升消耗的电费，约为0 1 - 0 2 元t 2 9 1 0 6 强化混凝一接触氧化：f = 艺处理农村生活污水的试验研究 厌氧池 图4 厌氧一跌水充氧接触氧化人工湿地技术效果图 f i g 4t h ep i c t u r eo ft h ea n a e r o b i cs y s t e m + w a t e r - d r o p p i n ga e r a t i o na n dc o n t a c to x i d a t i o nc o n s t r u c t e dw e t l a n d 1 2 6 “l i v i n g m a c h i n e ”技术 该系统的基础是采用活性技术，活性技术建立由多种生物共存的连续反应的封 闭循环的人工装置。设计原则。主要是从环境考虑，利用自然系统净化废水，使之达 到较高的污水处理标准；它的设计和施工的原则均是以利用自然生态系统使污水净 化，是一个较为完善的生态系统。( 见图5 ) 污水首先进入埋入地下的无氧箱，停留 一段时间后进入装有通气管的有氧箱，在此n h 4 + - n 在细菌的作用下分解为硝化物。 其后流入生物综合池，在池内，其中的藻类、单细胞有机体、鱼类、水生及沼泽植 物等一系列丰富的生物混合体，将对水中的营养物继续分解，随后污水流经地下湿 地，通过植物根系作用及沙石的过滤，硝化物在此转变为氮气，污水被初步净化。 这种污水处理的生态系统有美观、耐用、体积小、费用低等特点，近年来，在美国、 加拿大、英国、澳大利亚等国家应用于生活污水的处理 3 2 1 。 由上述治污技术可以看出，农村生活污水处理技术的研究已经从“去污”为核 心的传统思路转向了水污染生态控制方面的研究。经过实践证明，上述可应用于农 村污水处理的生物一生态处理技术均可以产生良好效果，使农村生活污水治理走上 可持续发展的道路，创造环境、经济、社会、生态的综合效益3 3 - 3 9 1 。 7 河北农业大学硕士学位( 毕业) 论文 1 2 7 稳定塘技术 图5l i v i n g m a c h i n e 效果图 f i g 5t h ep i c t u r eo ft h el i v i n g m a c h i n e 嘲米 管道 浩水 管道 稳定塘的净化机理：以太阳能为初始能源，通过太阳的提供热量和水生植物( 主 要是藻类) 以及微生物的共同作用达到降解水中有机物的目的。其净化过程与自然 水体的自净过程相似，主要依靠自然生物净化功能使污水得到净化。系统基本不耗 能，无需污泥处理，易于管理和维护，对有机物和病原体有很好的去除效果t 4 0 l 。( 见图 6 ) 污水进入稳定塘后在池内停留时间很长，在藻类的光合作用和微生物共同作用 下，使有机污染物降解，污水得到净化。其净化全过程，包括好氧、兼性和厌氧3 种 状态。好氧微生物生理活动所需要的溶解氧主要由塘内以藻类为主的水生浮游植物 所产生的光合作用提供t 4 1 - 4 2 1 。在稳定塘系统中，t n 去除主要是通过硝化反硝化、 水生植物吸收、n h ，挥发这3 个过程。t p 的去除的主导因素在生物吸收还是化学沉 降还存在争议。但稳定塘技术也存在局限性，但其占地面积大，处理效果差，夏季会 散发出臭味，冬天会结冰，影响处理效果，不适合特别寒冷的地区t 4 3 - 4 4 1 。 8 强化混凝一接触氧化：丁：艺处理农村生活污水的试验研究 1 2 8 小型一体化技术 图6 稳定塘技术示意图 f i 9 6t h ep i c t u r eo ft h es t a b i l i z a t i o np o n d 小型一体化技术是一种集预处理、一级、二级以及深度处理于一体的污水处理 装置。是国内外的研究的一种趋势，同时也是农村污水处理的一个发展方向。小型 一体化技术一般采用厌氧好氧二级处：哩工艺，后设二沉池以降低出水悬浮物。这种 组合兼具降解有机物和脱氮的功能。在国外的研究方向表明，开发了s b r 、移动床 生物膜反应器、生物转盘和滴滤池技术为主的小型一体化水处理技术。 对于小型一体化技术，该工艺具有抗冲击性强，能耗低，活性污泥产量少，污水 处理效果好随动性较大。反应器埋置地下，受低温天气影响较小等优点。但处理污 水量不宜过大，而且工程施工要求技术较高，反应器的材质有纤维玻璃钢、钢板和 混凝土。1 4 5 1 。反应器由于埋于地下，不仅节约土地同时可以增加绿化。此种工艺由 于要求技术和经济条件较高，比较适用于经济条件较好的人口居住密集的农村，乡 镇，同时也适用于发展旅游业的乡镇、家庭、酒店等。 1 3 研究目的、方法及主要内容 1 3 1 研究目的及意义 淡水是人类生存的基础，是大自然赋予人类最宝贵的资源。但是由于人类的不 合理开发与利用使得水体遭到严重污染和水资源出现严重短缺。污水的再生利用成 为人们日渐关注的焦点。目前我国大部分农村地区没有配套的污水管网基础建设， 排污方式依然采用比较原始的直接排放沿街漫流渗入地下或沿河沟、河渠直排入河 流。这与水资源的合理利用是相矛盾的。我国的污水处理和回用主要采用集中收集、 9 河北农业大学硕士学位( 毕业) 论文 集中处理后回用的方式，这种集中式处理和回用方式在一定程度上具有它的优越 性，如污水处理技术和工艺流程较成熟等。但是这种方式需要庞大的管网系统和中 途提升泵站，投资较大，运行管理费用较高。针对农村地区居民居住“小集中，大 分散”的特点，分撒式的污水就地收集，就地处理，就地回用的概念符合我国农村 条件。 鉴于此，本试验针对农村分散式污水处理的特点，提出硅藻土复配剂强化混凝 与接触氧化法组合工艺处理农村生活污水。通过物化一生化组合工艺实现污水的小 规模处理和回用，这样不仅可以在较大程度上减少管网建设的资金投入，而且也可 以较好的避免回用水在运输过程中出现的浪费现象，实现水资源的充分利用，体现 再生回用水的真实价值。在研究过程中对农村水资源利用情况以及庭院式收集与处 理中应用的可行性进行验证，通过试验分析得出强化混凝复配的影响因素及参数， 并与接触氧化工艺组合，根据数据分析得出最佳的工艺运行参数，用以指导以后的 中试、生产性试验及工程设计。 1 3 2 研究方法 首先查阅文献资料，了解硅藻土的理化性质和结构特点，从理论上确定复配剂 的处理污水的可行性。其次选取硅藻土与三种常用混凝剂组成复配剂，强化混凝处 理农村生活污水，确定最佳操作参数，为后续二级处理提供了技术支持和保障从理 论上确定该强化混凝一接触氧化组合工艺的合理性，然后进行设计和试验研究确定 该组合工艺的各项工艺参数，最后通过试验确定该强化混凝一接触氧化组合工艺在 农村生活污水再生利用上的实际可行性。 1 3 3 研究内容 本试验以农村生活污水为研究对象，调查对比了现阶段国内外处理农村生活污 水的方法，选用以小型一体化为方向的强化混凝一接触氧化法处理农村生活污水。 试验主要分为两部分进行。 ( 1 ) 强化混凝法深度处理农村污水的试验研究。通过混凝剂的对比及处理效 果分析，对强化混凝条件进行优化( 包括混凝剂类别、投加量和水力条件) ，进而得 出最佳工况。 ( 2 ) 强化混凝与接触氧化工艺联动处理低浓度城镇污水的研究。包括反应器 的启动，h r t 、温度和溶解氧等因素对c o d 和n h 4 十n 去除率的影响。选取的工艺 参数范围为：h r t ，温度，溶解氧浓度。 ( 3 ) 强化混凝一接触氧化组合工艺的优化。从技术运行和环境影响方面评价 1 0 强化混凝一接触氧化工艺处理农村生活污水的试验研究 分析试验效果。 河北农业大学硕士学位( 毕业) 论文 2 1 硅藻土特性 2 硅藻土及其在水处理方面的应用 硅藻土是由远古时期的单细胞植物的遗核沉积而成，是一种十分重要的非金属 矿物。硅藻二e 的物理结构和化学特性十分特殊，因此作为填充料在化工业如橡胶、 造纸、油漆生产中应用广泛，同时作为食品工业中的过滤剂、漂白剂以及石油，冶 金热处理均有应用。近年来，硅藻土在污水处理领域的应用也越来越广泛1 4 6 1 0 我 国硅藻土资源十分丰富，但是开发利用时间较短，品种单一，产品较少。与发达国 家相比还很落后，但开发潜力十分巨大。 2 1 1 硅藻土的形成与结构 硅藻土作为古代单细胞低等植物硅藻的遗体堆积后，经过地质作用形成了具有 多孔性的生物硅质岩。硅藻是在湖泊和海洋中生长的单细胞植物，在其细胞壁上分 布着整齐排列的微孔结构，用于吸收外界营养以及排泄杂质的新陈代谢的通道。硅 藻死亡后沉积在湖底或海底，在长年累月的积累下形成了类似于泥土的硅藻土矿 床，由于是生物沉积，硅藻土细胞壁中除含有果胶质外，并含有大量的硅质，以无 定型二氧化硅为主要成分。二氧化硅是由生物作用从水中吸收而积累在硅藻细胞壁 内，然后经成岩过程形成的。高硅质化的细胞壁构成坚硬的壳体。还有一些铁、铝、 钙、镁等金属氧化物。因硅藻土是一种非晶态的无定形物质，所以它没有固定的熔 点，当温度达到一定范围时开始熔融。硅藻土的颜色通常呈现出白色或灰色，当杂 质含量增加时，则呈现出灰色、灰褐色或棕褐色等。硅藻土的矿物成分主要是蛋白 石及其变种 4 7 1 。 硅藻土由于是单细胞低等植物沉积形成，而单细胞个体十分微小，所以硅藻土 具有微孔状结构，在光电显微镜下显示一般为l 1 0 0 | lr n 之间( 见图7 ) ，同时呈现 不同形状，如：圆盘状、针状、直链状、羽状等。这种级别的细微结构是在人工条 件下很难大量产生的。正是由于硅藻土独特的微孔结构，使硅藻土具有许多独特的 性质，例如孔径大，孔容大，比表面积大，以及耐酸和吸附性强等特点。 1 2 强化混凝一接触氧化_ 1 _ ：艺处理农村生活污水的试验研究 2 1 2 硅藻土的物理特性 图7 硅藻土电镜下微观结构 f i 9 7t h ep i c t u r eo ft h ed i a t o m i t em i c r o s t r u c t u r e 纯净的硅藻土一般呈白色土状，当含杂质时，会常被铁的氧化物和有机污染物 污染为灰、黄、白、绿甚至黑色。s i 0 2 含量应大于6 0 ，有害物质如a 1 2 0 3 、f e 2 0 3 、 c a o 、m g o 的含量越低越好。大多数硅藻土质轻、多孔、易破碎。但硅藻骨骼微粒 的硬度较大1 4 8 1 。硅藻土由于颗粒微小，所以质感细腻，松散、具有吸水性和渗透 性强的特点。硅藻土松散密度为0 3 0 。5 9 c m 3 ，孔隙率大8 0 9 0 ，能吸收自身重 量1 5 4 倍的水或1 1 1 5 倍的油分。硅藻土是一种非晶态的无定形物质，所以它没 有固定的熔点，熔点大约在1 6 5 0 1 7 5 0 之间。 2 1 3 硅藻土的化学特性 硅藻土的化学成分主要是由无定型s i 0 2 ，含量通常达到8 0 以上，另外，硅藻 土中的杂质主要是a 1 2 0 3 、f e z 0 3 、c a o 、m g o ，k 2 0 、n a 2 0 、p 2 0 5 。优质硅藻土氧 化铁的含量一般为1 1 5 ，氧化铝的含量为3 6 。由于硅藻土不溶于除氢氟 酸以外的强酸，所以说明硅藻土具有很好的化学稳定性。但是对强碱则是溶的。硅 藻土中的s i 0 2 多数为非晶体，当加热到8 0 0 。c 以上是转化为晶体，在非晶体结构下， 溶于