光伏技术处理农村生活污水

光伏技术处理农村生活污水

前言

在我国，农村污水处理率很低，绝大部分生活污水不经处理直接排放，是引

起湖库富营化的重要原因。

城市污水集中处理技术，因能耗高和管理维护要求高而成为农村地区推广应

用的制约因素。因此，低耗高效的污水处理技术，是当今污水分散处理技术的研

究热点。

McCarty对如何降低生活污水处理能耗进行了积极探索，研发出一种高效低

耗的反应器-厌氧流化床膜生物反应器（AFMBR）,COD去除率可达99%,单位水

量能耗仅0.058kW-h/m3,约为传统好氧膜生物反应器的1/10,但在自然环境

条件下的处理效率以及对生活污水厌氧处理的应用前景、经济效益等方面仍有待

进一步研究。

太阳能作为一种洁净、可再生的清洁能源具有广阔的发展前景。将太阳能应

用于污水处理仍处于起步阶段，许志兰等和王文林等先后应用美国“SolarBee”

太阳能表面曝气技术处理微污染河流和重污染河流水体，使水体主要指标有一定

改善，但均未对系统能效进行分析。蒋薇薇［8］利用太阳能曝气组合土壤渗滤

工艺处理生活污水，定氨氮（NH3-N）、总氮（TN）、总磷（TP）和化学耗氧量

（COD）的处理效果均高于未安装太阳能的处理系统，但其采用的太阳能曝气系

统结构复杂，设备繁多，基建投资高，且不易于管理维护。

本文采用光伏电板与直流气泵直接连接，用于污水厌氧处理设施的改进，气

泵同时曝气和回流，实现系统简化。通过光伏A/0池和厌氧池的生活污水处理效

果的比较，同时对实际工程进行能效分析，考察光伏技术在农村生活污水处理中

的适用性。

1材料和方法

1.1中试装置

中试装置建于云南省大理州洱源县邓川镇研究基地。2套中试污水处理装

置，均由镀锌铁皮加工而成，为顶部敞开的长方体设施，尺寸为ImXO.3mX0.8m,

有效容积210L,用隔板将反应池分成等距的6个小格（在技术改造前，2套装置

均己在厌氧条件下启动成功，并稳定运行了6个月，COD平均去除率为70%左右）。

各个反应池内均加挂多孔悬浮球填料。进水口和出水口分别设置在长方体设施两

端的上部，设施底部设置排泥管。其中，1套为单纯的厌氧池，1套装置加装光

伏曝气系统（见图1）o

光伏曝气系统主要由单晶硅光伏电板、直流气泵、充气管和曝气头组成。气

泵直接与光伏电板连接，污水回流采用气提回流，气泵同时实现曝气和回流。

以生活污水为原水（TN36.4mg/L,NH3-N31.9mg/L,TP4.4mg/L,正磷酸盐（SRP）

3.2mg/L,COD183.3ng/L）,间歇进水（8：00〜23：00）,日处理量240L,

HRT21ho光伏A/0池在自然条件下启动，采样频率为1周1次，采用标准方法测

定TN、NH3-N、N03—N、TP、正磷酸盐（SRP）、COD等指标，在整个运行期内未

排泥。

1光伏电板2A流气泵3充气管4气提回流型5进水口

6出水口7多孔悬浮球8排泥口9晦气头10蹲板

图1光伏曝气接触A/0池结构示意

1.2工程试验

在云南省大理市银桥镇西城尾村污水处理设施的厌氧池加装光伏曝气系统,

对光伏曝气系统的能效进行分析。

西城尾村污水处理设施于2010年6月建成并投入运行，工艺流程为：隔油

池-厌氧池-土壤净化槽，设计处理能力为60m3/d。2011年5月在西城尾污水处

理设施厌氧池（有效容积60m3,HRT24h）上加装光伏曝气系统，将其改造成光

伏A/0池。通过能效分析，考察光伏曝气的适用性。

2结果和讨论

2.1氮去除效果

中试装置进出水氮浓度的变化如图2〜图4所示。在运行期内，厌氧池和光

伏A/0池对NH3-N的平均去除率分别为6.4%和29.2%。厌氧池对NH3-N的去

除效果不稳定。在前100d的运行期内，光伏A/0池对NH3-N的平均去除率为

21.5%,出水NO3-N较低，但随后NH3-N去除率明显上升，平均为52.2%,

最高为77.0%,出水N03-N显著升高，此时可认为光伏A/0池启动成功。

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图2NH3-N去除效果

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图3TN去除效果

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氧化古生菌，能够适应较长时间的缺氧环境同时与异养菌竞争02,通过氨氧化

获得能量，实现增殖。

厌氧池主要通过吸附、沉淀、微生物同化作用等去除污水中的TN。启动成

功后，光伏A/0池通过硝化反硝化作用将污水中还原态NH3-N转化成N2,实现

脱氮的目的，故其对TN的去除率明显高于厌氧池。

2.2磷去除效果

中试装置进出水磷的变化如图5和图6所示。在整个运行期内，厌氧池和光

伏A/0池对SRP的平均去除率分别为46.0%和66.3%,对TP的平均去除率为

39.3%和66.2%。

匚二］进木厌辑池出水EZZ3接触A。池出水

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柔祥日期

图5S即去除效果

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采样日期

图6TP去除效果

在整个运行期内，两套装置均未排泥，故生物聚磷对磷去除贡献很小，推测

其主要除磷机理为Fe(III)氢氧化物和非晶态亚铁化合物的吸附作用，因为运

行过程中镀锌铁皮表面被腐蚀。在厌氧池内，腐蚀溶出的Fe一部分与S2-结合

生成黑色FeS沉淀(出水变黑)，一部分形成凝胶状的具有较大表面积的非晶态

亚铁化合物，此类化合物具有较高的磷吸附量和较低的结合能，通过吸附去除溶

解性磷(厌氧池SRP的去除率高于TP的去除率)。在光伏A/0池内，溶出的Fe

在曝气阶段形成Fe(Oil)3和FeO(Oil)等氢氧化物，在停曝阶段，部分Fe(OH)

3和FeO(OH)可能被还原成非晶态亚铁化合物，但不会将硫酸盐还原成S2-与

亚铁形成FeS沉淀(出水清亮)。Fe(OH)3和FeO(OH)等氢氧化物比非晶态

亚铁化合物比表面积小，但与磷结合得更牢固，同时在光伏A/0池内不存在S2-

与SRP竞争,因此光伏A/0池对磷的去除率比厌氧池高。

2.3COD去除效果

中试装置进出水COD的变化如图7所示。在整个运行期内，厌氧池和光伏

A/0池对COD的平均去除率分别为64.2%和79.1%,厌氧池和光伏A/0池出

水COD平均浓度分别为62.95mg/L和38.67mg/L0厌氧池去除率随进水浓度变

化波动较大，而光伏A/0池的去除率相对稳定，说明光伏曝气接触A/0池抗COD

冲击负荷能力强。

CZZ1进«厌氧池出水(ZZ2接触八。池出水