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农村生活污水组合处理技术研究进展

发布日期:

2019-08-21 08:50:54

栏目:

污水处理资讯

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如何进行水处理?

衡美水处理为您介绍一种先进、实用的水处理技术——农村生活污水组合处理技术,并为您详细介绍该技术的研究进展。

随着中国农村经济的快速发展,水资源消耗急剧增多,污染物排放不断加重,农村生活污水逐渐成为农村水环境恶化的主要原因之一。但是,农村地区人们的环保意识薄弱,经济相对欠发达,也缺乏生活污水排水收集管网系统及集中处理设施,或是居住比较分散,造成生活污水集中收集困难,造成90%多的生活污水未经处理直接排入河流和湖泊。当前农村生活污水造成的环境污染严重威胁农村水源地的水资源安全,也加剧了淡水资源危机,使耕地灌溉得不到有效保障,最终危害到人畜的生存发展。在国家强调生态文明建设的今天,加强农村生活污水污染控制和治理显得尤为紧迫和重要。

一、农村生活污水特征及处理

农村生活用水一般以地表水(例如,河流、沟渠、池塘、堰、湖泊和水库等)、地下水(井、窖)和自来水三者结合使用。我国农村生活污水主要来源于厕所粪便及其冲洗水、洗浴废水和厨房餐饮用水等,可分为灰水和黑水两类。前者由厨房排水、卫生淋浴水、洗衣水构成;后者水由粪便和尿液及其冲洗水构成。我国农村生活污水具有分散、日变化系数大(通常为3.05.0)、间歇性排放,且氨氮含量高、可生化性强、含重金属等有毒有害物质较少等特点。

充分了解农村生活污水的特点,在结合当地经济水平、自然条件和环境目标的基础上,发展适合我国国情的农村生活污水处理技术,缓解水资源短缺矛盾,改善农村地区生态环境和提高人们生活质量均具有重要意义。根据污水的收集和处理方式的差异,污水处理模式可分为分散式和集中式2大类。

分散处理通常具有投资小、运行费用低、污泥产生量小、受外界影响小、简单耐用以及易于实现水的循环利用等特点。此技术适用于规模较小、人口居住分散、污水不易集中收集农村地区生活污水的处理。目前,我国农村地区应用较多的分散处理技术有人工湿地、高效藻类塘技术、蚯蚓生态滤池等多种方法。然而,随着农村生活污水的组成成分日益越复杂,单一分散处理工艺的出水难以满足受纳水体的环保需求。

同时,不同的生活污水分散处理技术具有各自的优缺点及适用范围,这也都限制了分散处理技术的应用范围与效果。基于此,目前较普遍的处理农村污水的办法是将多种工艺进行组合以达到强化系统的净化能力的目的。当前,根据农村生活污水组合处理技术的作用机理,大致可将它们分为3大类:生物组合技术、生态组合技术、生物—生态组合技术。

二、生物组合技术处理农村生活污水

生物处理技术是指通过微生物在好氧、厌氧条件下去除污染物质的技术。该技术占地面积小、污泥产量低,具有良好的耐冲击负荷能力,可处理水量和水质波动性较大的污水。生物处理技术中的厌氧单元(A)使污水中大部分有机物得到降解,降低污水负荷,沉降悬浮物;而好氧单元(O)则进一步去除氮磷等营养物质和有机物。目前广泛应用于农村生活污水的生物组合技术,主要是由AO组合而成的不同工艺。

1A/O工艺

A/O工艺一般是以厌氧处理为前置单元,后接好氧处理的组合工艺。该工艺具有较高的污染物去除率和较好的系统稳定性。在厌氧折流板反应器(ABR)后分别增加了跌水曝气和曝气生物滤池处理,发现这2种组合工艺对农村生活污水中COD的去除率比单独采用ABR处理提高了9.5%24.9%,可见ABR—曝气生物滤池组合工艺对COD的去除效果较好。

针对北方地区多晴少雨,太阳光充足的气候特征,何刚等将厌氧生物滤池+太阳能曝气生物滤池联用,通过太阳能曝气系统提供氧气,进一步降低了系统能耗。

曹大伟等研究开发了地埋式一体化生物滤池,能耗设备仅为1台小型提升水泵,主要是由缺氧池+生物滤池组成,采用拔风管通风和溅水盘强化充氧。

该装置具有良好抗冲击负荷的能力,对污染物的去除效果也较好,对CODNH3NTNTP的平均去除率分别为63.1%92.2%68.6%47.5%,具有不占用土地资源、能耗和运行费用低特点,较适合在土地资源紧张的南方环湖农村地区推广使用。

2A2/O工艺

A/O前加1A单元,组成的厌氧—缺氧—好氧(A2/O)工艺,在国内外很多生物处理技术中广泛应用。这种组合工艺有着较长水力停留时间、较低有机负荷,使得缺氧—好氧单元可以维持较低污泥含量,极大地减少剩余污泥的排放量,为组合工艺实现污泥减量化。

高大文等采用升流式厌氧污泥固定床(UAFB)缺氧—好氧膜生物反应(MRB)组合工艺处理生活污水,不仅对CODNH3N去除率达到93.3%90.6%,同时能够长期维持反应器内较低的污泥含量,减少剩余污泥处理量和缓解膜污染。

周俊等将缺氧槽置于厌氧槽的前端,并增加了微电解铁屑床和复合生物材料,研发出了改进型的合并净化槽。该净化槽采用的是缺氧—厌氧—好氧(A2/O)处理工艺,该工艺一方面有效解决了污水中有机物含量较少,碳源不足,反硝化脱氮效果不佳的问题,另一方面通过传统活性污泥工艺、生物硝化、反硝化工艺和生物除磷工艺的结合,可以较好的同步脱氮除磷。实验结果表明,在HRT8h,系统回流体积比为75.0%时,3月份对CODTNTP平均去除率分别为93.0%80.0%94.0%;而8月份则分别为94.0%76.0%91.0%

可对小型净化槽进行改进,采用折流式厌氧反应器—厌氧生物滤池—生物接触氧化工艺,生活污水采用上流式进水有效的减少了设备堵塞和维修时间。

3其他组合工艺

除了常见的A/OA2/O工艺外,在实际污水处理中还采用一些其他组合工艺。

可采用5级跌水充氧生物接触氧化法处理农村污水,原水经水泵提升,通过5级跌水充氧,既满足了所需溶解氧又免除了曝气设备,减少了投资成本和运行电耗,使管理工作趋于简单,该工艺对解决经济相对落后农村地区的水环境污染问题,具有较明显的效益。

地埋式无动力厌氧达标处理设备(UndergroundUnpoweredAnaerobicReactorUUAR),该装置采用厌氧污泥床接触池+厌氧生物滤池工艺,流程简单、能耗低。与好氧生物处理相比,UUAR技术设备的基建投资可能略高于好氧处理,但无日常运行费用,且未出现剩余厌氧污泥的积累问题,适合土地紧张、经济落后、自然气候恶劣的偏远农村地区生活污水的分散处理[

在生物净化槽前进行了好氧预挂膜,形成了OAO组合工艺,该复合型生物净化槽对NH3NTN的去除量较高,有效地降低了高含尿液农村生活污水的负荷,对COD和磷的去除率为59.6%33.4%

针对华北农村地区生活污水碳氮较低,吴迪等采用自流式厌氧3级好氧—缺氧生物膜工艺,利用投加的生物球提高厌氧段的硝化能力;同时,在3级好氧缺氧生物膜段,通过跌水充氧实现硝化和反硝化除磷在同一反应器内进行,从而有效的解决了碳源供给能力的问题。该工艺对农村生活污水中CODNH3NTNTP去除率为73.7%90.7%59.6%69.7%。其后,对3级好氧—缺氧生物膜技术进行改进,新工艺增设了回流泵(回流体积比2:1),且提高了厌氧段悬浮填料装填率,改进后出水TN的去除能力有较大提高,达到63.9%


三、生态组合技术处理农村生活污水

生态处理技术是利用土壤—植物(动物)—微生物复合生态系统,通过物理、化学、生物作用对污水中的资源加以利用,对污水中的污染物进行降解和净化的工艺。相对于生物处理技术,生态处理技术一般建设管理费用低、节能耗,具有一定的景观效果,更加注重生态服务价值。在我国广大农村地区,目前应用实施的生态组合处理技术包括同种生态技术的组合和不同生态技术之间的组合。

1同种生态处理技术的组合

吴振斌等设计的复合垂直流人工湿地,将下行流池和上行流池串联,底部连通,使污水进入湿地系统中硝化和反硝化作用更加充分,该系统对污水中TN去除效果较好,去除率为43.6%

针对滇池地区低含量农村污水,采用表面流和潜流式2种人工复合生态床处理工艺,在高水力负荷(30cm/d)条件下,潜流式床体对CODTNNH3NTP的去除率分别为70.6%60.6%80.9%66.0%,表面流床体则分别为63.1%61.2%90.2%60.2%[22]。相较于单独的人工湿地处理技术,人工湿地的组合技术,提高了湿地的含氧量和有机物,从而改善了硝化作用,提高了湿地对污染物的去除能力,脱氮效果尤其明显。

塔式复合人工湿地(TICW)的进水分为2段,一部分污水通过下部进水形成潜流式人工湿地,而另一部分污水则从塔顶流下形成表面流人工湿地,可为湿地后段的脱氮作用提供充足碳源。

采用多级土壤渗滤系统处理太湖流域农村生活污水,CODNH3NTNTPSS的平均去除率分别为70.0%83.0%59.0%76.0%94.0%。将2套地下渗滤系统并行,填充介质选用土壤、陶粒、炉渣和两种自然有机质,也对农村生活污水的处理取得较好的效果。

通过浮床技术在稳定塘水面种植生态植物建立了生态塘,该系统对高含量生活污水中CODNH3NTNTP均具有较高的去除率,可分别达到55.0%70.0%80.0%75.0%以上。塔式蚯蚓生态滤池处理系统,每一层塔为一个处理单元,梯度塔层、串联叠层布置。该系统对COD、氨氮、TNTP处理效果好,且基建及运行费用低,总运行成本为0.671/m³。该技术在经济不发达农村地区具有良好的应用前景。

2不同生态处理技术的组合

以生态塘为预处理,人工湿地作为后续处理,对太湖三山岛农村生活污水中NH3NTNTP去除率高达95.0%99.0%95.0%98.0%92.0%98.0%,且减少进水中SS含量,有效地缓解湿地系统的堵塞。生活污水经过塔式蚯蚓生态滤池的作用,出水负荷和污染物浓度降低,后进入水平潜流式人工湿地,进一步降低了有机物和营养物质的含量,使得出水水质基本达标。这种塔式蚯蚓生态滤池+人工湿地的组合工艺,自动化程度高且管理运行方便,比较适合在经济发达、人口密集的农村地区推广使用。

在高效藻类塘的水面上以生物浮床的形式种植植物的组合系统,一方面显著提高了系统运行的稳定性和出水的水质,并且节约了土地,另一方面生物浮床上移栽植物根系通过化感作用有效抑制藻类的生长,同时植物本身也具有一定的景观效果和美化环境的作用。采用植物与土壤渗滤系统联用处理农村生活污水,去除效果较好。该复合体系对生活污水中BOD5CODTNNH3NTP的平均去除率分别为73.5%76.0%85.0%89.0%85.0%

四、生物+生态组合技术处理农村生活污水

生物+生态组合技术是生物和生态处理工艺的结合,前段生物处理主要去除有机物和部分营养物质,后续生态处理进一步脱氮除磷,充分发挥各自的优势,提高出水水质和系统运行的稳定性。相较于生物组合技术和生态组合技术,生物+生态组合技术需综合考虑农村地区的经济条件,南北方地域气候差异,以及用地条件、运行管理、污泥产量和实际工程案例等因素。由于人工湿地是应用最普遍的一种后续生态处理技术,我国农村常见的生物+生态组合技术主要包括生物+人工湿地组合技术和其他生物+生态组合。

1生物+人工湿地

生物+人工湿地组合系统中的生物单元可以有效完成对有机物的降解和硝化作用;同时,人工湿地系统能进一步去除氮、磷等污染物。将2者结合应用能够提高污水中的各类污染物的去除率。唐晶等采用接触氧化—人工湿地组合工艺处理农村生活污水,对CODNH3NTNTP的去除率分别为68.2%68.2%69.5%86.3%,且效果稳定。其中跌水充氧接触氧化池对COD的去除贡献较大,而人工湿地对TNTP的去除贡献较大。

在太湖流域农村地区,采用滴滤池—人工湿地组合工艺处理生活污水,结果表明滴滤池对CODNH3NTNTP去除率分别为74.5%79.2%33.8%47.5%,人工湿地的则分别为25.0%20.8%66.2%52.5%

选择化粪池—人工潜流型湿地工艺和蒋岚岚等采用MBR—人工湿地组合技术在太湖周边农村地区也得到了应用,取得较好的去除效果。

针对云南地区气候温和,冬季气温较高,全年适宜植物生长的特点,采用改良A2/O一人工潜流湿地组合处理系统,同时在人工湿地加入了高吸附磷的基质。该系统对污水中CODBOD5TNNH3NSS的平均去除率分别达到80.5%84.3%91.8%93.2%86.4%TP去除率始终保持在75.7%以上。

江西省吉安市新干县河头村采用太阳能驱动生物滤塔—人工湿地组合工艺处理生活污水,该系统通过太阳能提供动力,射流喷射器充氧,处理效果好,且运行费用低,操作简单,可以实现无人看守,适宜在经济落后,偏远农村地区推广应用。

采用“水解池—滴滤—人工湿地”3种工艺组合处理农村生活污水,同时将珍珠岩矿渣、陶粒和石膏等分层放置滴滤池中,水力负荷可达4.08.0m³/˙d),该组合工艺对CODTNTP的去除率均超过90.0%。钟秋爽等选择厌氧—接触氧化渠—垂直潜流型人工湿地组合工艺处理农村生活污水,其中接触氧化渠的作用是为后续人工湿地充氧;而厌氧池、接触氧化渠和人工湿地对CODNH3NTP均有较高的去除率,但厌氧池去除率较稳定,最高可达72.0%49.5%66.4%

2其他生物+生态

淹没式生物膜—稳定塘组合技术取消了二沉池和污泥回流,该系统对CODNH3NTNTP的平均去除率分别为84.3%97.0%80.2%77.3%,且生物膜系统出水污泥含量基本为0,后续经稳定塘处理后的出水水质良好,满足回用标准。对崇明岛的农村生活污水采用生物净化槽—强化生态浮床(BPTEEFR)组合处理工艺,结果表明该组合技术不仅对CODNH3NTNTPSS的去除效果较好,同时占地面积小、造价费用低、便于维护管理。

由生物浮床、生物接触氧化以及河道生态系统构成的生态组合系统,也对农村生活污水中NH3NTNTPCOD具有良好的去除效果。但该组合系统对污染物的去除率受季节影响,与秋季相比,夏季对污染物去除率较高,且污染物的去除率随HRT的增加而提高,而4d后变化则趋于稳定。

五、结论与展望

我国幅员辽阔,在农村选择生活污水处理技术时应该因地制宜,综合考虑当地的地形地貌、水文和气候条件以及经济发展水平,以及各种污水处理技术的特点和适用范围。实际应用中通过科学设计、优化组合,达到技术上的互补,发展具有较高水力负荷和小规模设备化特征,易于操作管理的多种处理单元的复合创新技术。农村污水处理方兴未艾,任重道远,将科学、社会因素有机结合,可大大提高农村水环境治理成效,因此,除技术研发外,应加强以下方面工作:

1发挥院落式单元处理作用。建议每家每户建设化粪池,对厕所污水、洗浴污水和餐饮污水进行初步处理。

2加强污水处理工艺或设施的运管技术研究,进一步开发适合于农村的易操作、少维护、低成本的运行模式、工艺。

3农村污水处理后可进行资源回用。由于农村生活污水主要为NP等营养元素,经处理后可就近用于农业灌溉。

4提高农民生态环保意识。积极开展推广使用生物菌肥、有机肥宣传教育活动,引导农民减少化学肥料使用。

5逐步建立相应的法律法规。根据我国农村实际,参考相关环保标准,制定适合于我国的相关技术标准和规程,同时,制定相关政策法规,完善奖惩政策,将农村水污染的治理纳入法制化的轨道。


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