球形悬浮填料在家庭生活污水处理系统中的应用.doc

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 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 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 25 25 至 26 10 东经 99 32 至 100 27 8 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 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 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 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 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 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 NO2 N 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 04 516 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 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 84 280 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 27 204 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 NO2 N及NO3 N 浓度很低 系统不能进行硝化和反硝化过程 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 NO2 N 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 0011 0 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 13 0 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 18 0 43 ug ml 平均进水浓度0 31ug ml 平均出水浓度 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 18 0 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 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 SHARON ANAMMOX process for treatment ammonium rich wastewater 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 l9 Cao Xiangdong Wang Baozhen Lan Yunlan et a1 Removalof nitrogen and phosphorus in the pond wetland combinedsystem J Research of Environmental Science 2000 1 3 2 1 5 一 l 9 rin 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 4 105 108 Zhang Rongshe Zhou Qi Shi Yunpeng et a1 Phosphorusremoval of agriculture wastewater through subsurface constructed wetland J Environmental Science 2003 24 4 1 05 1 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