（环境工程专业论文）abr处理农村生活污水的试验研究.pdf

西南交通大学硕士研究生学位论文第1 页 摘要 近年来随着工业点源污染的有效治理，农村面源污染逐渐成为河流水环境 另一主要污染来源。而农村生活污水作为农村面源污染的一个重要组成部分， 以量大、分散、不便于管理等特点一直没有得到有效的控制和治理。本论文研 究属于四川省科技攻关项目的重点流域农村生活污水匹配处理技术子专题，要 求结合农村的实际情况，为四川省重点流域内的农村生活污水提供行之有效的 先进处理工艺及技术，并在试验运行的基础上，讨论新型处理工艺的运行效果， 为后续的示范工程提供基础数据。本文主要研究结论如下： ( 1 ) 农村生活污水水量大，四川地区农村每人每天的污水量在7 0 - 1 1 0 l 之 间，具有不均匀间歇排放的特点，瞬时变化大；农村生活污水属于低浓度污水 类型，其中s s 大概范围在1 0 0 - - 5 0 0 m g l ，c o d e r 大概范围在5 0 - - 3 0 0 m g l ， n h 3 - n 大概范围在5 - - 3 8 m g l ，t p 大概范围在0 5 1 2 m l ； ( 2 ) a b r 反应器具有较强的抗水力冲击负荷的能力：在h r t 由2 4 h 缩短至 5 h 过程中，对c o d e r 去除率和出水浓度影响不大，每次改变h r t 后运行2 4 h 基本恢复原来水平，c o d e r 去除率保持在7 5 左右； ( 3 ) a b r 反应器具有良好的抗浓度冲击负荷的能力：在3 6 - 2 8 0 的浓度 冲击负荷后运行5 h ，出水c o d c r 浓度基本恢复到6 5 1 2 0m g l 之间，c o d e r 去除 率大致在6 5 - 7 5 之间，达到厌氧反应器较好的处理效果； ( 4 ) 厌氧菌的氨化作用使氨氮含量沿水流方向逐渐平稳升高，但是，反应器 氨化作用并不显著，平均氨化率为2 5 4 5 ； ( 5 ) 中低温条件下，反应器以其较高的生物活性酶浓度补偿或缓冲了温度的 不利影响。随着温度的降低，c o d e r 的去除率有所下降，但下降的幅度不大， 仅从3 0 c 的7 5 1 9 下降到i o o c 的6 7 2 ； ( 6 ) 提出a b r - 人工湿地组合工艺无动力自然曝气处理农村生活污水的工艺 思路，有利于减少工程造价及运行费用。 关键词：农村生活污水；a b r 反应器；c o d 去除率；人工湿地； 西南交通大学硕士研究生学位论文第l i 页 a b s t r a c t i nr e c e n ty e a t s ，r u r a ln o n - p o i n ts o u r c ep o l l u t i o ni sb e c o m i n ga n o t h e rm a j o rr i v e r w a t e rp o l l u t i o na f t e rt h ee f f e c t i v et r e a t m e n to fi n d u s t r i a lp o i n ts o l l r c ep o l l u t i o n a s a l li m p o r t a n t p a r to fr u r a ln o n - p o i n ts o u r c ep o l l u t i o n , r u r a ld o m e s t i cw a s t e w a t e rh a s n o tb e e ne f f e c t i v ec o n t r o la n dm a n a g e m e n tw i mi t sl a r g e , s c a t t e r e d n o tm a n a g e a b l e a n do t h e rc h a r a c t e r i s t i c s n l er e s e a r c hb e l o n g st ot h es u b j e c ta b o u tt h er u r a ld o m e s t i c w a s t e w a t e rt r e a t m e n to f s i c h u a np r o v i n c et e c h n o l o g y - r e s e a r c hp r o j e c t i no r d e rt o p r o v i d e e f f e c t i v er u r a ld o m e s t i c w a s t e w a t e rt r e a t m e n tm e t h o da n da d v a n c e d t e c h n o l o g yw i t ht h ea c t u a ls i t u a t i o no fr u r a la r e a s b yt h ee x p e r i m e n t a lr e s e a r c h , d i s c u s s i n gt h eo p e r a t i n gr e s u l t s f o rt h ef o l l o w i n gd e m o n s t r a t i o np r o j e c t s ，a n d p r o v i d i n gt h eb a s i cd a t a t h em a i nc o n c l u s i o n so ft h er e s e a r c ha r ea sf o l l o w s ： ( 1 ) t h eq u a n t i t yo fr u r a ld o m e s t i cw a s t e w a t e ri sl a r g e i t sa b o u t7 0 - 1 10 lp e r p e r s o np e rd a yi ns i c h u a nr u r a la r e a s ，i th a su n e v e na n di n s t a n t a n e o u se m i s s i o n c h a r a c t e r i s t i c s r u r a ld o m e s t i cw a s t e w a t e ri sl o wc o n c e n t r a t i o ns e w a g et y p e ，w i t h i t ss sp r o b a b l yi nt h er a n g eo f10 0 5 0 0 m g l ，c o d e rp r o b a b l yi nt h er a n g eo f 5 0 - - 3 0 0m 班，n h 3 - ni nt h er a n g eo f 5 3 8m g l ，t pi nt h er a n g eo f o 5 1 2r a g l ； ( 2 ) a b rr e a c t o rh a ss t r o n ga n t i - h y d r a u l i cl o a d i n gc a p a c i t y ：i nt h ep r o c e s so f r e d u c i n gh r tf r o m2 4 ht o5 h , t h er e m o v a lr a t eo fc o d e rh a sl i t t l ec h a n g e i t 1 1 r e c o v e rt h eo r i g i n a ll e v e la f t e rc h a n g i n gh r t2 虬t h er e m o v a lr a t eo fc o d e r r e m a i n sa b o u t7 5 ； ( 3 ) a b rr e a c t o rh a ss t r o n ga n t i - c o n c e n t r a t i o n sl o a d i n gc a p a c i t y ：a f t e rr u n n i n g 5 h 惭mt h e3 6 2 8 0 c o n c e n t r a t i o nl o a d i n gi m p a c t s ，t h ee f f l u e n to fc o d c rr e g a i n s 6 5 1 2 0 m g l ，t h er e m o v a lr a t eo fc o d e rm a i n t a i n s6 5 0 旷7 5 ，i ta c h i e v e st h e9 0 0 d r e m o v a le f f e c to fa n a e r o b i cr e a c t o r ； ( 4 ) b e c a u s et h er o l eo fa m m o n i ab a c t e r i a , n h 3c o n c e n t r a t i o ni n c r e a s e ss t e a d i l y , b u tt h ea m m o n i ai sn o ts i g n i f i c a n t , t h ea v e r a g er a t eo fa m m o n i ai sa b o u t2 5 4 5 ； ( 5 ) i nl o w - t e m p e r a t u r ec o n d i t i o n s ，b e c a u s eo ft h e h i 曲c o n c e n t r a t i o no f b i o l o g i c a la c t i v i t y , s oi t 1 1c o m p e n s a t eo rb u f f e rt h ea d v e r s ee f f e c t so ft e m p e r a t u r e w i t ht h et e m p e r a t u r ed e c r e a s e s ，t h er e m o v a lr a t e so fc o d e ri sd r o p p e d ，b u tn o t s i g n i f i c a n t , o n l yf r o m7 5 19 d o w nt o6 7 2 d u r i n gt e m p e r a t u r ed e c r e a s e sf r o m3 0 t 01 0 ( 6 ) p r o c e s st h ei d e ao fc o m b i n a t i n ga b r - w e n a n dt ot r e a t m e n tr u r a ld o m e s t i c 西南交通大学硕士研究生学位论文第l lf 页 w a s t e w a t e ri nt h ew a yo fd y n a m i ca n dn a t u r ea e r a t i o n , t or e d u c et h ec o n s t r u c t i o n c o s ta n do p e r a t i n gc o s t k e yw o r d s ：r u r a ld o m e s t i cw a s t e w a t e r ；, a b rr e a c t o r ；, t h er e m o v a lr a t eo fc o d ； c o n s t r u c t e dw e t l a n d ； 西南交通大学 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校 保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和 借阅。本人授权西南交通大学可以将本论文的全部或部分内容编入有关数据库 进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复印手段保存和汇编本学位论文。 本学位论文属于 1 保密口，在年解密后适用本授权书； 2 不保密函使用本授权书。 ( 请在以上方框内打“ ) 指导老师签名： a 规o t 7 | 峦 礁 陈 名7 签幺 作 学 姚 以 论 ： 位期学日 西南交通大学学位论文创新性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是在导师指导下独立进行研究工作所 得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体 已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体，均已在 文中作了明确的说明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 本学位论文的主要创新点如下： 大量文献对农村生活污水的水质水量特征的报道均不太相同，论文通过实 际现场调研，摸清了农村生活污水的组分和水质水量特征，为后续试验的开展 和工程实践奠定了基础。传统a b r 反应器在处理高浓度废水方面显示了巨大的 优势，对于处理低浓度农村生活污水的研究还比较少，本试验采用布设填料的 a b r 反应器重点研究其处理农村生活污水的效果和稳定性，分析水质参数变化 规律，并提出a b r - 人工湿地组合工艺无动力自然曝气处理农村生活污水的工 艺，有利于减少工程造价及运行费用，为农村生活污水的处理开辟一条新的思 路。 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 页 第一章绪论 1 1 研究背景 四川省位于中国西南部，地形复杂，河流众多，境内有金沙江、雅砻江、 岷江、沱江、嘉陵江等1 6 条主要河流。其中岷江、沱江和嘉陵江( 简称“三江打 流域) 覆盖全省1 8 个市、州，人口和生产总值占全省8 0 以上【1 】o 随着社会经 济的发展，“三江流域水环境污染现象也日益严重。2 0 0 4 年3 月和5 月，沱江 连续两次发生特大水污染事故，使沿江市、县近百万人口饮用水源中断，水生 态遭到严重破坏，造成直接经济损失近3 亿元。“三江 流域的水污染防治工作， 直接关系到全省的社会经济发展，是四川省河流水环境保护的重中之重。 近年来，有关部门已经对工业点源进行了系统治理，尤其是从源头入手治 理“三江 流域，对重点污染企业挂牌整治，并在重点区域和排放危险废弃物 的企业周边地区建立实时跟踪监控网络，使流域内工业点源污染正逐渐得到控 制。但是，农业面源污染问题一直没有得到有效的解决，逐渐成为四川省水系 及长江流域的另一个主要污染来源，据有关专家估计，目前长江流域农业面源 污染物的总量，与工业、城市生活等点源排放的污染物总量基本上已是搿三分 天下有其一 。 农村生活污水作为农业面源污染的一个重要组成部分，以量大、分散、不 便于管理等特点一直没有得到有效的控制和治理。近年来农村生活污水的无序 排放，成为农村环境的重要污染源，造成农村河道水体变黑发臭、鱼虾绝迹、 蚊蝇孳生，生活污水中病菌虫卵引起疾病传播，使群众的身体健康受到极大的 影响。因此，对农村生活污水治理进行科技攻关，从源头上控制农村面源污染， 已经成为河网水质治理和解决重点流域水环境水质恶化的最主要、最迫切的任 务之一。 西南交通大学硕士研究生学位论文第2 页 1 2 国内外研究现状 由于生活污水中的污染物是以有机物为主，其生化性较好，所以通常都是 采用生物处理的方法。从处理工艺上分有：厌氧生物处理和好氧生物处理；从 处理方式上分有：集中处理和分散处理。目前，绝大部分农村地区下水道的普 及率和使用效率非常低，因此，农村污水处理以分散处理为主，也有根据需要 将集中处理和分散处理相结合的。 1 2 1 国外研究现状 国外在农村分散型生活污水处理方面研究起步较早。日本从1 9 7 7 年开始实 施农村污水处理计划，日本【2 】采用的小型污水处理系统多为日本农村污水处理 协会研制的j a r u s 模式，共有1 5 种不同型号装置。从广义上讲，它可以分成 两种类型：一是生物膜处理，利用微生物具有氧化分解有机物并将其转化为无 机物的功能，采取人工措施来创造更有利于微生物生长和繁殖的环境，从而提 高对污水中有机物氧化降解效率，达到净化污水的作用。通过生物膜后可使污 水中的b o d 下降到2 0 m g l 以下，s s 下降到5 0 m g l 以下，t n 下降到2 0 m g l 以下；二是浮游生物处理，通过漂浮在污水中的微生物氧化作用净化污水，可 使b o d 下降到1 0 - - 一2 0 m g l ，s s 下降到1 5 - - 一5 0 m g l ，c o d 下降到1 5 m g l 以 下，t n 下降到1 0 - - 1 5 m g l 以下，t p 下降到1 一3 m g l 以下。总体上看，日本 农村污水处理主要采用生物膜法( 生物接触氧化法) ，小型生活污水净化装置( 净 化槽) ，即淹没式生物滤池，污水处理装置体积小、成木低、操作运行简单，十 分适用于农村污水处理，处理后污水水质稳定，可以达标排放，从污水中分离 出来的污泥经脱水、浓缩和改良后，运至农田以作肥料。 韩国【3 】针对农村居民分散居住的特点，研究了一种湿地污水处理系统，湿 地上多种植芦苇、香蒲和灯心草等，污水中的污染物质经湿地过滤，或被土壤 吸收，或被微生物转变成无害物，对病原体的去除效果也很好。这种方法需要 西南交通大学硕士研究生学位论文第3 页 的能源少，维护成木低，但其缺点是需要大量土地，并需要解决土壤和水中的 充分供氧问题，并受气温和植物生长季节的影响较大。一般来说，利用湿地处 理后的污水可以灌溉水稻，从而取得更好的净化效果。 澳大利业【3 】科学和工业研究组织的专家提出一种“过滤一土地处理与暗管 排水相结合的污水再利用系统，被称之为“非尔脱 高效、持续性污水灌溉新 技术，其主要目的是利用污水进行作物灌溉，通过灌溉土地处理后，再用地下 暗管将其汇集和排出。“非而脱系统对生活污水的处理效果好、运行费用低， 特别适用于土地资源丰富、可以轮作休耕的地区，或是以种植牧草为主的地区。 挪威【4 】人口稀少，大约有4 ，0 0 0 ，0 0 0 居民。其中约2 5 的人口居住在没 有任何集中污水收集系统的乡村地区。这些地方的污水采用就地处理。根据当 地环境管理局规定，1 7 户家庭组成的小型社区可以使用自己的就地处理系统。 这些就地系统一般包括化粪池、配水系统和土地渗滤系统。在土壤渗透性差而 不能使用土地渗滤法处理的场合，常常使用预制的集成式微型处理设备。该设 备可以处理所有的家庭生活污水( 杂排水及大便器排水) ，处理方法通常为先使 用化粪池预处理，然后进行生物处理、化学处理或者两者联合处理，个别情况 下只适用于处理杂排水。 在美国、加拿大、英国等【5 】国家出现了一种叫 l i v i n gm a c h i n e ”的生态 系统，用于生活污水的处理。其技术基础是活化技术，活化技术是采用多种生物 形式在人工装置中，建立新的物种联系，从而进行某种净化处理。污水首先进入 封闭在地下的无氧箱，一段时间后进入无氧箱，空气由底孔吹入，在此氨氮在 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、费用低特点。 西南交通大学硕士研究生学位论文第4 页 1 2 2 国内研究现状 国内传统的分散型污水处理工艺有：化粪池、沼气池、氧化塘、土地处理、 一体化氧化沟等。近年来，部分研究者套用城市或工业污水生化处理或物化处 理技术，如u a s s ( 上流式厌氧污泥床) 、s b r ( 序批式生物反应器) 、膜生物反应 器和地埋式接触氧化池等来处理农村生活污水，虽然也取得了良好的处理效果， 但是，都由于投资大、能耗高、运行费用高、管理难度大等原因，难以在农村 推广应用。 清华大学刘超翔等【6 】研究的人工复合生态床系统是在人工湿地的基础上选 择最佳的植物栽种方式，并在床体内部填充多孔有较大比表面积的介质以改善 湿地的水力学性能，为微生物提供更大的附着面积，同时增强系统对污染物( 尤 其是氮、磷) 的去除能力。该工艺占地面积偏大，处理浓度较低，在国内大多 处于中试研究阶段。 浙江大学沈东升【7 】等对浙江大学试验农场内的实际污水采用地埋式无动力 厌氧处理技术进行了小试、中试研究。采用厌氧生物膜技术及推流理论，采用 内充固定空心球状填料的地下厌氧管道式或折流式反应器为唯一处理设备，利 用附着于空心球状填料内外表面或悬浮的专i - j 习) l 化专性厌氧或兼氧微生物去除 生活污水中的有机污染物、病原菌和部分氮、磷从而达到净化生活污水的目的。 该工艺流程简单、无能耗、采用地埋式不占地表、也无需专人管理。 冉全、吕锡武嗍等指出了一套生活污水处理工艺。生活污水首先进入厌氧 发酵池，进行厌氧发酵，以降低后续接触氧化反应的有机负荷，同时进行硝化 液回流脱氮处理；经过厌氧处理的污水经泵提升进入接触氧化池，接触氧化池 共分五格串联，充分利用污水提升后的部分水头，采用跌水充氧技术提供好氧 反应的需氧量，以降低运行成本，实现低能耗污水处理。在接触氧化池内，对有 机污染物进行好氧降解和充分硝化；接触氧化池出水部分回流到前端厌氧池进 行脱氮，部分进入后续潜流式人工湿地或生态净化塘，进一步去除氮、磷等营 西南交通大学硕士研究生学位论文第5 页 养物质。 扬州大学季俊杰【9 】等研究开发了降流式厌氧紊动床( d a s b ) + 波流潜流人 工湿地( w - - s f c w ) 污水处理模式。试验表明：该工艺处理污水的效果高于二 级生物处理模式。该模式中d a s b 采用短时厌氧技术，主要去除颗粒有机物和 溶解性的有机物，w - - s f c w 是在传统的人工湿地的技术上改进而来的，提高 了处理效率，节省了用地。该工艺满足农村生活污水分散处理技术的要求，具 有低成本、低运行费用、维修简单的特点，适合于我国广大农村推广应用。 1 3 论文提出的目的和意义 纵观以上所述处理工艺，集中处理的方法多采用好氧生物处理，运行可靠， 处理效果好，但存在着基建投资大、动力消耗多、运行费用高、剩余污泥处理 难等问题；分散处理方法大多数为厌氧生物处理，处理设施投资少、运行费用 低，但相当一部分处理设施存在着处理效果不稳定、难以达到排放标准的问题。 城市生活污水处理大多数采用集中活性污泥法，但这种方法不完全适宜农村。 因此，如何选择一种处理效果好、造价低、运行管理方便的处理技术，是 解决目前农村生活污水处理问题的关键。厌氧生物专家g 1 e t t m g a 教授断言， 厌氧处理生物技术结合适当的后续处理方法，可以成为分散型生活污水处理模 式的核心手段，这一模式较之于传统的集中处理方法更具有可持续性和生命力， 尤其适合发展中国家的情况【1 0 - 1 2 。本文针对农村生活污水的特点，结合农村的 实际情况，提出a b r - 人工湿地组合工艺无动力处理农村生活污水的新思路，并 重点探索了a b r 处理低浓度农村生活污水的运行特性规律，对于有效解决农村 水污染问题具有重大的实际意义。 本论文研究属于四川省科技攻关项目：“四川省重点流域农村水污染治理关 键技术与成套设备研究的子课题。研究主要目的是：探索开发适合农村生活 污水处理的新工艺与新技术，并探求处理工艺的运行稳定性及主要参数的变化 规律，为后续的农村生活污水处理成套设备研究提供较好的基础数据。 西南交通大学硕士研究生学位论文第6 页 1 4a b r 的研究现状 2 0 世纪8 0 年代初，美国s t a n f o r d 大学的m c c a r t y 及其合作者在厌氧生物转 盘反应器的基础上改进并开发出了厌氧折流板反应器( a n a e r o b i cb a f f l e d r e a c t o r ，简称a b r ) 。a b r 作为第三代新型厌氧反应器的典型代表，集当今全 球风行的上流式厌氧污泥床( u a s b ) 和极有应用前途的分阶段多相厌氧反应器 ( s m p a ) 技术于一体，不但大大提高了厌氧反应器的负荷和处理效率，而且使其 稳定性和对不良因素( 如有毒物质) 的适应性大为增强，是一种很有发展前途的高 效厌氧反应器【1 3 1 羽。 处理高浓度有机废水是a b r 应用前景最为广阔的一个方面，且大部分集中 在工业废水的处理。雷方中【1 9 】等( 1 9 9 4 ) 对a b r 反应器处理草浆黑液进行了试验 研究，取得了一定的良好效果；沈耀良【2 0 】等( 1 9 9 9 ) 用a b r 反应器处理垃圾渗滤 液，将a b r 反应器控制在水解酸化阶段，明显改善和提高了垃圾渗滤液的可生 化性；陈洪斌f 2 1 ( 1 9 9 9 ) 等用a b r 反应器处理豆制品废水进行了研究，试验结果 表明a b r 反应器的容积负荷与去除负荷呈正相关，并具有较高的去除效果。 a b r 在处理低浓度废水方面研究比较少，但是也取得了一定的研究成果。 傅嘉媛【捌等采用内置式针状弹性填料对城镇污水进行中试研究，认为适宜的有 机负荷为0 4 - 0 6 9 9 c o d m 3 d ，c o d 去除率在7 0 左右，s s 平均去除率达 7 3 4 ，最高达9 3 ；苏鸿洋【2 3 】等采用复合式折流板反应器处理城镇生活污水， 当进水c o d 在8 7 - 一3 2 0 m g l ，水力停留时间大于5 2 h ，反应器的容积负荷小于 o 8 6k g c o d m 3 寸时，常温下c o d 去除率大于6 0 ，出水c o d 平均为8 1m g l 。 虽然a b r 反应器在处理各种废水方面均显示了一定的优势，当然也有一些 不足的方面。首先，为了保证一定的水流和产气上升速度，a b r 反应器不能太 深，只有修建较浅的反应器才可以保持适宜的水流和气体上升速度；其次，进 水如何均匀分布也是一个比较棘手的问题【2 4 1 ；再有，a b r 反应器的推流式特点， 在同等的总负荷条件下，与单级u a s b 反应器相比，a b r 反应器的第一格承受 西南交通大学硕士研究生学位论文第7 页 的局部负荷远大于平均负荷，造成局部负荷过载，这可能导致系统的处理效率 下降【2 5 】。另外，a b r 反应器也有厌氧反应器的共同弱点，即出水c o d 浓度偏 高，出水有恶臭气味，通常难以直接达标排放，需要一定的后续处理。 1 5 本文的研究内容、研究方法和技术路线 1 5 1 研究内容 本研究对于农村生活污水的水质水量特征进行了详细的调研。试验重点考 察在a b r 运行过程中，冲击负荷、水力停留时间、温度等条件对系统运行的影 响，以及在运行过程中s s 、氨氮、c o d 、p h 、v f a 等沿程变化规律，具体研 究内容如下： ( 1 ) 农村生活污水组分和水质水量特性调研； ( 2 ) 试验污泥的驯化培养及对反应器启动的影响； ( 3 ) a b r 运行特性研究，重点考察冲击负荷、水力停留时间、温度等条件对 系统运行的影响； ( 4 ) 研究a b r 反应器s s 、氨氮、p h 、v f a 、c o d 等沿程变化规律； ( 5 ) a b r - 人工湿地组合无动力处理农村生活污水工艺的提出。 1 5 2 研究方法 本文采用现场调研测试、试验分析及理论分析相结合的研究方法。 1 5 3 研究技术路线 本试验研究过程遵循：“资料收集一理论分析现场调研一污泥驯化培养一 系统运行特性研究一结论的研究思路。采取的技术路线见图1 1 。 西南交通大学硕士研究生学位论文第8 页 试验运行影响因素分析 上 l 冲击负荷l 温度 i h r t i l i 。 il 0 l s s 、氨氮、p i - i 、v f a 沿程变化规律研究 i 山 a b r - 人工湿地组合工艺的提出 图1 1 试验研究技术路线 西南交通大学硕士研究生学位论文第9 页 第二章现场调研与试验方案 2 1 水质现场调研 为了彻底摸清农村生活污水的水质水量特点，课题组选取了岷江流域的汶 川县、郫县、双流县、青神县的部分典型农村，于2 0 0 7 年3 5 日4 2 0 日开展 了农村生活污水的水质水量特征及排放规律的调研工作。 2 1 1 农村生活污水的组分 经过现场调研发现，农村生活污水虽然也属于低浓度污水类型，但与城市 生活污水具有不同的特点。农村生活污水主要包括：厨房污水、洗衣污水和洗 澡污水等，粪便及其冲洗水大多经旱厕处理用作农用肥料。农村生活污水水质 比较稳定，主要含纤维素、淀粉、糖类、脂肪、蛋白质等有机类物质，还含有 氮、磷等无机盐类，一般不含有有毒物质，污水中常含有合成洗涤剂以及细菌、 病毒、寄生虫卵等，水量则因地区性差异而不同。 2 1 2 农村生活污水水质水量特征 ( 1 ) 调查点基本情况 根据试验需要，选取了四川省成都市郫县合作镇金风村作为重点调查点进 行研究。金风村紧靠合作镇，居民的生活方式和城镇居民相似，居住比较密集， 具有典型的新农村特征，排放的污水几乎为厨房污水和洗衣废水。污水联排后 汇入到附近的一枯水沟，对当地的环境已构成很大的危害。金凤村景象及污水 联排情况见下图所示。 西南交通大学硕士研究生学位论文第10 页 金凤村景象污水联排渠 ( 2 ) 水量测定结果分析 采集联排生活污水水样，进行详细的水质水量监测分析，监测结果及数据 分析见表2 1 和图2 1 。 表2 1流量一时间测定数据 西南交通大学硕士研究生学位论文 第11 页 够”。i “”。j 博蛩。”“凇”9 7 ”“2 ”“i ? ? | ? 。”。1 。“。i 7 。”。”i ”。? 一。“。j ? 飞 ；4争，7 “4 霭 +j ； p $ _ 一 7 # ；。 ； 霭 ，f i 。 i t 。： l t 霭 i t 。 i ； ，： 7 j ： ； 霭 ? 1 ； ； 霭 。 ；， ， i 、? 霭 网j 4 ；， 锄j，。黝 i t ； ； ；，l ； ； 彩 f、 ： 黝，锄貔褫磊滋 渤黝 参 l 轧 o l f；j i ，“ 7 ； ： 誓一 。 l 。 酗， ? 一 滋 磁 滋 0 7 ：0 00 8 ：0 00 9 ：0 01 0 ：0 01 1 ：0 01 2 ：0 01 3 ：0 01 5 ：0 01 6 ：3 01 8 ：3 01 9 ：3 02 0 ：3 02 2 ：0 0 时问( 矗) ( 3 ) 水质监测结果分析 图2 - 1 流量时间关系 结果见表2 - 2 和图2 2 图2 - 5 。 表2 - 2 联排水质指标测定结果 时间c o dc r a g l )n i t 3 - nc r a g s ) t pc r a g l ) p h s s ( m g l ) 7 ：0 0 8 ：o o 9 ：0 0 1 0 ：0 0 1 l ：0 0 1 2 ：0 0 1 3 ：0 0 1 5 ：0 0 1 6 ：3 0 1 8 ：3 0 1 9 ：3 0 2 0 ：3 0 2 2 ：0 0 1 3 1 3 2 1 0 6 8 6 8 1 5 0 6 2 0 6 1 5 5 1 4 1 0 1 9 6 2 2 1 6 4 1 5 9 5 8 5 3 2 0 1 3 4 7 6 1 5 7 8 0 2 1 2 7 8 1 2 5 9 0 7 1 8 8 9 7 5 3 7 3 7 6 7 1 2 5 6 1 7 9 4 1 7 9 4 1 6 1 6 7 1 8 1 4 3 5 3 5 9 1 6 1 6 5 3 8 o 9 9 1 2 1 l o 9 0 0 7 2 5 1 l o 7 2 3 7 7 1 7 0 o 8 l 0 4 5 1 7 0 1 8 8 1 7 0 6 9 8 6 4 4 6 4 9 7 3 3 7 4 8 6 8 4 6 8 8 7 0 6 7 4 2 7 2 2 6 9 9 7 0 8 7 2 5 鸺凹晒全毗o 妇m m m c ；m m m 仉m 们1v捌臻 如姗啪 4 3 5 l 5 l l 3 l 2 1 l 4 西南交通大学硕士研究生学位论文第12 页 图2 - 2p h 时间关系曲线 图2 - 3 氨氮时间关系曲线 西南交通大学硕士研究生学位论文第13 页 图2 - 5c o d 、s s 时间关系曲线 试验监测结果表明，农村生活污水水质水量具有如下特征： ( 1 ) 农村生活污水水量大，高峰时段水量约0 0 9 l s ；同时具有不均匀间歇 排放的特点，瞬时变化较大，时变化系数一般在3 0 - 5 0 之间，高峰水量时段 集中在一天中的7 ：3 0 左右、1 3 ：0 0 左右和1 9 ：0 0 左右的吃饭时段，晚上1 1 ： o o 以后、早上6 ：0 0 以前，一般很少有污水排放； 西南交通大学硕士研究生学位论文第14 页 ( 2 ) 从调查数据看，四川地区农村每人每天的污水量因地区性差异而不同， 但大致范围在7 0 1 1 0 l 之间； ( 3 ) 农村生活污水属于低浓度污水类型，其中s s 大概范围在1 0 0 - 5 0 0 m g l ，c o d 大概范围在5 0 - - - 3 0 0 m g l ，n h 3 - n 大概范围在5 - 3 8 m g l ，t p 大概范围在0 5 - - 1 2 r a g l , ( 4 ) n h 3 - n 和t p 变化范围相对较大，n h 3 - n 较大值出现在吃饭时段，说明 n f l 3 n 主要是由厨房污水引起的；t p 较大值出现在非吃饭时段，分析认为主要 是由于洗衣废水引起的； ( 5 ) 污水中c o d 和s s 存在一定的正相关性，s s 的去除也将引起c o d 的 降低。一般污水量比较小时，s s 含量相对比较高； ( 6 ) 农村生活污水p h 变化范围为6 4 - - 7 6 ，不存在酸碱污染。 2 2 试验组织条件 2 2 1 试验装置 普通a b r 反应器在运行过程中，在水力负荷的冲击和产气的搅动作用下， 反应器中污泥床高度一般仅占水深的一半左右，过多的污泥会被冲走流失，污 泥床上部用于泥水分离的沉淀空间占据了大量的有效空间。本试验装置在普通 a b r 反应室上部空间装设填料，这样，每个反应室可以看作是一个相对独立的 上流式厌氧污泥床+ 过滤复合式反应器( u a s b + a f = u a b f ) 系统，从而可以截留 更多的生物量，提高反应器的容积负荷和处理效烈2 6 1 。 本次试验装置由有机玻璃制成，尺寸为8 0 x1 5 x 4 0 ( e m ) ，有效容积3 6 升， 共分为7 格，第一格长1 8 c m ，其他格均为7 e m ，折流板夹角4 5 度，整个装置 采用厌氧密闭方式，进水方式采用蠕动泵控制，温度控制采用水浴方式改变； 在第3 - 7 格内填充空心球填料。反应器结构及试验装置见图2 - 6 和图2 7 。 西南交通大学硕士研究生学位论文第15 页 图2 - 6a b r 反应器结构 图2 7a b r 反应器装置 所选用的悬浮空心球填料由聚丙烯材料注塑成形，分内外双层球体，外部 为网状球体，内部为旋转球体，具有叶片多，阻力小，比表面积大等特点。微 生物挂膜快、生物膜不易脱落，抗酸碱、耐老化、不受水流影响，使用寿命长， 产品耐生物降解，剩余污泥极少，安装方便，是国内生物膜法处理污水中采用 较多的一种填料。 2 2 2 试验用水 本试验用水为实际生活污水，由于农村生活污水取水困难，试验用水分阶 西南交通大学硕士研究生学位论文第16 页 段有两种，一是反应器启动阶段：试验用水取自西南交通大学东门小区污水集 水井；二是运行特性试验阶段：试验用水取自成都市郫县合作镇金风村。考虑 到两种生活污水水质差别，在反应器启动阶段将小区生活污水稀释一倍进行启 动试验，其水质指标范围大致和农村实际生活污水水质相同。具体水质指标对 比见表2 3 。 表2 - 3 试验用水水质指标 经试验测试分析，小区生活污水和农村生活污水c o d 水质基本相符，主要 差别在于t n 和n h ，- n 。小区生活污水氮含量较高，这与城市居民生活水平较高 有关，但是，两种生活污水总体上看还是具有较大的相似性，用小区生活污水 进行反应器的启动，不影响启动效果和整个试验的进行。 2 2 3 测试项目及分析方法 根据农村生活污水的特点及试验内容的需要，确定下列水质测试项目及相 应的测试分析方法。 西南交通大学硕士研究生学位论文第17 页 2 3 反应器的启动 2 3 1 污泥驯化培养 本试验的接种污泥取自成都市三瓦窑污水处理厂，污泥性状良好。为清除 污泥中的杂质，将取回的污泥先彻底沉淀，倒去上清夜，并经过滤淘洗移至第 一格反应室中，体积为9 5 升，污泥m l s s 约1 8 4 9 l ，然后加入营养液并搅拌 均匀进行驯化培养。随后每隔2 天加营养液1 次，加营养液时先排出上清液并 补充新营养液，搅拌均匀，驯化时平均水温为3 0 1 2 ，每天搅拌2 次。加营养液 前取样观察厌氧污泥培养驯化情况，当观察到反应室内污泥表面有较大量气泡 产生，并且污泥的颜色变黑时，即认为污泥驯化培养成熟。 2 3 2 反应器启动方案 将培养后的污泥分别移至反应器各隔室中，各隔室加入污泥量高度约为 1 0 。5 e m 。即在本试验中，启动时接种污泥量为反应器有效容积的3 5 左右，随 后加入污水至有效容积。 本试验采用低负荷同步启动的方式，启动负荷为0 4k g c o d ( m 3 d ) ，h r t = 2 4 h ，先采用固定流量增加污水浓度的方式将负荷逐步提高到2 5 k g c o d 西南交通大学硕士研究生学位论文第18 页 ( i n 3 m ：然后固定污水浓度增大进水流量，持续运行直到c o d 去除率达到7 5 以上，表示启动完成。整个过程经历约6 0 天，大致分为3 个阶段： ( 1 ) 启动初期( 1 1 5 天) ：各隔室污泥浓度在1 5 9 l 左右，此时出水的p h 值 较低，在5 5 6 0 之间，污泥水解酸化作用显著，出水比较浑浊，反应器内的细 小分散污泥随出水而流出，c o d 去除率在3 0 左右； ( 2 ) 稳定期( 1 5 - - - , 4 0 天) ：在此阶段，出水p r i 值逐渐上升，各隔室内产生气 泡明显增多，产气量增加，出水较清，在后期p h 稳定在6 5 左右，c o d 去除 率能达到6 0 ，填料表面开始挂膜，出水很少有污泥随水流出； ( 3 ) 提高负荷期( 4 0 6 0 天) ：稳定运行一段时间后，将负荷从 0 4 k g c o d ( m 3 d ) 逐渐提高到2 0k g c o d ( m 3 d ) ，当c o d 去除率达到7 5 时， 再将负荷提高到2 5k g c o d ( i n 3 d ) ，在保证c o d 去除率和出水p h 的情况下， 在大概6 0 天左右，观察到隔室出现0 5 r a m 大小的污泥，填料表面挂膜丰富， 此时提高水力负荷，使颗粒污泥迅速成长，同时淘汰分散絮状污泥，最终将负 荷提高到3 0k g c o d ( m 3 d ) ，持续运行一段时间，启动完成。 2 4 反应器启动中存在的问题 2 4 1 填料上浮问题 采用聚丙烯棒把空心球填料串联起来，固定到反应器各格室的折流板上。 启动过程中观察到填料的上浮，分析主要由以下2 点原因造成的：水力负荷； 产气量。其一由于空心球填料比重较轻，在水力负荷冲击下导致填料上浮； 其二当填料表面生物膜生长成熟后，膜较厚，造成填料间隙较小，厌氧产气作 用造成了填料的上浮。以上2 种主要原因共同引发了填料的上浮现象。根据以上 原因作出适当运行方式的调整，并伴随着反应器的运行成熟，填料上浮现象消 失。 2 4 2 污泥上浮问题 西南交通大学硕士研究生学位论文第19 页 启动初期曾发生污泥上浮，分析其原因可能由于启动初期，缺氧状态下， 污泥反硝化产生的气泡附着在污泥絮体上，不易释放出来，造成污泥比重减轻 而上浮。另外，由于进水中会带入一些纸屑、塑料、头发、植物纤维等较轻的 杂质，这些杂质会使污泥结构松散，特别是在污泥还是絮体时极易结成团块， 到一定时间形成上浮污泥。检察这部分上浮污泥时，轻轻搅拌就有气泡放出， 污泥又会缓慢下沉。这种现象随着水力负荷的加大，污泥沉降性能的改善而消 失。另外，在负荷变动初期，不易沉淀的分散污泥絮体会被冲走，发生污泥的 流失，这种现象一般也会随着污泥沉降性能的改善而消失。 2 5 本章小结 ( 1 ) 通过现场调研得出了农村生活污水的水质水量特征； ( 2 ) a b r 反应器能否成功启动与反应器的启动有机负荷、水力特性、接种污 泥特性、温度条件等有着密切的关系； ( 3 ) 本次试验快速启动a b r 反应器的条件：温度为2 5 一- 3 0 c ；启动负荷为 o 4k g c o d ( m 3 d ) ，逐步提高到2 s k g c o d ( m 3 d ) ，持续运行直到c o d 去 除率达到7 5 以上，表示启动完成。整个过程经历约6 0 天； ( 4 ) 反应器启动过程中出现填料上浮和污泥上浮问题，这些问题随着水力负 荷的改变和污泥沉降性能的改善而消失。 西南交通大学硕士研究生学位论文第2 0 页 第三章试验运行特性分析 3 1s s 的去除规律 总体上看，s s 的去除受水力停留时间的影响显著，h r t 的增加使s s 的去 除更加彻底；在不同h r t 下，各隔室出水s s 变化趋势为：沿隔室迅速减少， 特别是经过装有填料的隔室，s s