分散式生活污水处理工艺-DASB-W-SFCW联合工艺 4页

'第22卷第3期水资源保护Vol.22No.32006年5月WATERRESOURCESPROTECTIONMay2006分散式生活污水处理工艺:DASB+W2SFCW联合工艺季俊杰,何成达,葛丽英,钱小青,谈　玲(扬州大学环境科学与工程学院,江苏扬州　225009)摘要:提出了“DASB+W2SFCW”联合工艺,并运用该工艺对分散式生活污水进行了处理试验研究。DASB单元采用短时厌氧技术,去除颗粒有机物和部分溶解有机物,防止W2SFCW堵塞,保证W2SFCW单元脱氮所需的碳源。W2SFCW床优化了传统潜流人工湿地的水流流态,使污水在W2SFCW床内呈波式流动,充分地发挥了湿地系统降解污染物的能力。试验结果表明“:DASB+W2SFCW”联合工艺对生活污水具有较强的处理能力,当进水中COD,NH32N,TP的平均质量浓度分别为268mg/L,3115mg/L,515mg/L时,其平均去除率分别达到8017%,5211%,8917%,出水水质优于传统的二级生物处理工艺。关键词:降流式厌氧紊动床;潜流人工湿地;生活污水;污水处理中图分类号:X703　　　文献标识码:A　　　文章编号:1004O6933(2006)03O0056O04Adecentralizedsewagetreatmentprocess:CombinedtechnologyofDASB&W2SFCWJIJun2jie,HECheng2da,GELi2ying,QIANXiao2qing,TANLing(CollegeofEnvironmentalScienceandEngineering,YangzhouUniversity,Yangzhou225009,China)Abstract:AcombinedtechnologyofDASB(Down2flowAnaerobicSuspendingBed)andW2SFCW(WavySubsurfaceFlowConstructedWetland)waspresentedandappliedtotheexperimentalstudyondecentralizeddomesticsewagetreatment.DASBcanremovetheorganicparticlebyitsshort2timeanaerobictechnology,thuspreventingW2SFCWfromjammingandaffordingenoughcarbonfordenitrification.ComparedwithtraditionalSFCW,W2SFCWhastheadvantageofoptimalflowregimes,andthewastewaterinthebedflowswavily,thusincreasingtheefficiencyofconstructedwetland.TheexperimentshowsthattheDASB&W2SFCWtechnologyisexcellentinthetreatmentofdomesticsewage.WhentheconcentrationofCOD,NH32NandTPininfluentwas268mg/L,3115mg/Land515mg/Lrespectively,thecorrespondingremovalrateswere8017%,5211%and8917%.ThewaterqualityofeffluentofDASB&W2SFCWisbetterthanthatoftraditionalbio2treatmenttechnology.Keywords:down2flowanaerobicsuspendingbed(DASB);subsurfaceflowconstructedwetland;domesticsewage;wastewatertreatment　　随着经济的快速发展及城市化进程的加快,我一。所以,解决分散的村镇生活污水污染问题在目国生活污水排放量呈逐年递增趋势。尽管城市污水前显得尤为紧迫和重要。处理率在逐年增加,但只是在大中型城市大量兴建村镇与城市相比,具有居住分散,经济实力弱,城市污水处理厂,使大中型城市污水处理率提高。污水日排放量小,水质波动大,缺乏污水处理、运行而经济相对落后的中小城镇和广大农村(以下称村管理专业技术人员,土地资源较丰富等特点。本研镇),污水处理率却很低,缺乏配套的污水处理设施,究针对分散型村镇污水的特点,以厌氧处理和人工[1O4]分散排放的污水成为村镇水体污染的重要原因之湿地处理理论为基础,提出“DASB(即降流式厌　　基金项目:江苏省教育厅高校科研基金资助项目(02KJB610004)作者简介:季俊杰(1974—),男,江苏南通人,讲师,硕士,主要从事水污染控制理论及技术研究。E2mail:hjjys@yzu.edu.cn·56· 氧紊动床,Down-flowAnaerobicSuspendingBed)+1.2　试验水质W2SFCW(即波流潜流人工湿地,WavySubsurfaceFlow试验用水为化粪池出水,通过水泵提升至试验场ConstructedWetland)”联合工艺。DASB单元采用短地的高位水箱。各项水质指标极值及均值见表2。时厌氧技术,主要去除颗粒有机物和部分溶解有机表2　湿地进水水质指标物,防止W2SFCW堵塞;W2SFCW是在传统的潜流人水质ρ(CODCr)/ρ(SS)/ρ(NH32N)/ρ(TP)/水温/参数-1(mg·L-1)-1(mg·L-1)℃pH值(mg·L)(mg·L)工湿地的基础上加以改进而成的,可以使湿地床内最大值41153259.17.838.37.2的水力流态更合理,使微生物、基质、植物根系与污最小值1358311.73.715.16.5水的接触更加充分,提高处理效率,节约用地。试验平均值26831631.55.523.16.8结果表明,该联合工艺满足了分散的村镇生活污水1.3　分析项目和方法“三低一高”(低基建费用、低运行费用、低维持技术水质分析项目有COD,NH32N,TP,pH值,SS等。的高处理效率)的技术要求。水质分析方法按照《水和废水监测分析方法》进行。1　试　验2　结果和讨论1.1　试验装置2.1COD去除2试验场地占地30m,试验时间从2003年3月至联合处理工艺在试验运行期间进出水的COD2004年10月,历时20个月,启动阶段5个月,稳定质量浓度变化情况见图2。由图2(a)可知,联合工运行阶段15个月。图1为试验装置。艺的COD出水平均质量浓度为4715mg/L,平均去除率为8017%。其中冬季出水的ρ(COD)值较高,平均为7111mg/L,其他季节出水ρ(COD)平均为4114mg/L。尽管试验期间进水COD浓度波动较大,但联合工艺的出水COD浓度稳定,表明该联合工艺具有较[5]强的耐负荷冲击能力。联合工艺冬季处理效果降图1　试验系统流程低,与环境温度降低导致微生物活性降低有关。a.DASB。DASB为钢结构,高210m,直径联合工艺通过物理截留、生物吸附和生物降解013m,内装悬浮填料(<25mm空心塑料球),有效容的途径去除有机物。原水中大量颗粒物质(有机和积113L,填料所占容积为56L。无机颗粒)被DASB反应器内的悬浮填料(占DASBb.湿地。试验湿地长610m,宽210m,总高总容积的1/2)截留,沉积在填料上,实现了颗粒物110m。沿长度方向交替设置上下隔墙,隔墙间距质的SRT(固体停留时间)与HRT(水力停留时间)分110m。试验湿地坡度为1%。湿地中的填料由土壤离,为后续微生物厌氧分解颗粒物质创造了条件。和砾石组成,填料床总高度为750mm,填料级配情况截留的颗粒物被填料上的微生物水解成可溶性有机见表1。经实验测定床体平均孔隙率为36%。湿地物,重新释放到水中,为后续湿地进一步处理创造条2采用芦苇和美人蕉间植,芦苇种植密度为6株/m,每件,同时也防止了颗粒污染物堵塞湿地。株8～10根;美人蕉种植密度为5株/m2,每株3～6根据植物根系发育特点,大多数根系发育于湿根。芦苇为附近地区野生环境下的芦苇,美人蕉从地表面的浅层,湿地系统的有氧微区主要集中于表花卉公司购买,为盆栽美人蕉。层,而中、下层处于兼氧和厌氧状态。湿地内部垂直表1　填料级配方向上有氧微区的分布差异,导致了在污染物降解效果的差异。W2SFCW内的导流设施促进水流呈波填料规　格高度/mm土壤层土壤90%,石灰石(3～5mm)10%200形流动,使污染物数次经历湿地的上部及底部,有效砾石层粒径5～20mm砾石500地发挥了湿地降解污染物的潜力。豆石层粒径30～50mm小豆石502.2　氨氮去除联合工艺在试验运行期间进出水NH32N质量c.运行负荷。DASB水力负荷为516～333浓度变化情况见图2(b)。由图2(b)可见,联合工艺815m/(m·d),COD质量负荷为1165～4112kg/(m·d)。系统出水NH32N平均质量浓度为1319mg/L,其中冬-3-332湿地水力负荷为40×10～60×10m/(m·d),春季为1815mg/L,夏秋季为1115mg/L;系统NH32N2COD质量负荷为415～1312g/(m·d)。·57· 图2　联合工艺系统进出水污染物变化情况平均去除率为5211%,其中W2SFCW单元平均去除取样点位,分别取土壤层、砾石层和豆石层基质进行率为7010%。磷沉积测定。试验结果见表3。-3联合工艺系统出水NH32N浓度随季节变化幅表3　湿地基质的磷沉积量g·m度较大。出水NH32N浓度从12月开始逐步升高,一取样土壤吸附性砾石酸溶性豆石酸溶性点位磷含量磷含量磷含量直到次年三四月份,尽管三四月份气温已回升,湿地对照1.455.750.26植物开始发芽,出水的COD值已趋于正常,但出水153.4757.0560.04245.2245.5933.90NH32N浓度有明显的滞后性,间接说明硝化菌比其338.8454.2939.28他微生物对温度更敏感。430.79105.8072.64520.56105.7646.92运行期间,DASB单元出水NH32N浓度高于进629.0280.0955.10水,表明此阶段氨化效果显著,有利于后续湿地去除平均36.3274.7651.31NH32N。由表3可见,湿地中砾石层的磷沉积量大于土W2SFCW与传统人工潜流湿地(SFCW)比较,去壤层;土壤层的磷沉积量沿水流方向前高后低,而砾除NH32N的效果较好,这与W2SFCW内部结构有石层呈前低后高,豆石层磷沉积规律不明显。说明关。首先,W2SFCW内部结构使湿地中水流呈波形W2SFCW在促进磷沉积方面具有显著的优势,其作流动,多次经过土壤层、砾石层,相当于一系列串联用机理有待于进一步研究。+的土壤床-砾石床,使水中的NH4被土壤充分吸附,有利于土壤中微生物去除NH32N。其次,3　结　论W2SFCW内部结构使污水反复进行好氧-兼氧/厌a.“DASB+W2SFCW”联合工艺系统在试验期氧状态,是典型的A/O工艺,而传统的SFCW的流间,当进水中COD,NH32N,TP的平均质量浓度分别+态决定了有相当部分的NH4未能经历良好的好氧为268mg/L,3115mg/L,515mg/L时,各污染物平均+状态,故这部分NH4不能进行有效的硝化反应。去除率分别达到8017%,5211%,8917%,出水水质因此,W2SFCW具有较高的NH32N去除能力。优于传统的二级生物处理工艺。2.3TP去除b.W2SFCW床的主要特点是优化了传统潜流联合工艺试运行期间进出水TP质量浓度变化人工湿地的水流流态。污水在W2SFCW床内进行波情况见图2(c)。由图2(c)可见,试验期间进水TP形流动,使污水反复地与湿地系统中的上中下各层质量浓度的变化范围为317～718mg/L。联合工艺的微生物、根系和基质接触,充分地发挥了湿地系统出水TP质量浓度随季节变化幅度不大,小于降解污染物的能力。110mg/L,平均为0155mg/L,平均去除率为8917%。c.本试验研究是初步的,关于W2SFCW污染物试验结果显示,W2SFCW对磷具有较强的去除降解机理、波形水流流态的优化等有待于进一步的效果,湿地出水保持在较低的水平,说明试验采用的研究。土壤(含10%石灰石)—砾石基质除磷效果较好。人工湿地对磷的去除是通过微生物、植物和基参考文献:[6]质等协同作用完成的。为考察基质磷沉积情况,[1]白晓慧,王宝贞,余敏,等.人工湿地污水处理技术及其[7O8]借鉴土壤学的研究方法于9月中旬进行了基质发展应用[J].哈尔滨建筑大学学报.1999,32(6):88O92.磷沉积的试验。分别沿湿地水流方向等距离设6个[2]BRIXH.Useofconstructedwetlandinwaterpollutioncontrol:·58· historicaldevelopmentpresentstatus,andfutureperspectives性能改进分析[J].生态学杂志,2003,22(2):49O55.[J].WaterScienceTechnology,1994,30(8):209O223.[6]吴晓磊.人工湿地废水处理机理[J].环境科学,1995,16[3]VYMAZALJ,BRIXH,COOPERPF,etal.Constructed(3):83O86.wetlandsforwastewatertreatmentinEurope[M].Leiden,The[7]陈刚才,甘露,王仕禄,等.土壤中元素磷的地球化学[J].Netherlands:BackhuysPublishers,1998:17O66.地质地球化学,2001,29(2):78O81.[4]夏汉平.人工湿地处理污水的机理与效率[J].生态学杂[8]张宝贵,李贵桐.土壤生物在土壤磷有效化中的作用志,2002,21(4):51O59.[J].土壤学报,1998,35(1):104O111.[5]梁继东,周启星,孙铁珩.人工湿地污水处理系统研究及(收稿日期:2004O11O25　编辑:徐　娟)(上接第55页)包埋菌在高温条件下也有较好的抵抗性。图4　在单级脱氮中总氮随时间变化断降低,10h后,总氮去除率达到52%左右,这表明:在好氧的条件下,氨氮被氧化为亚硝态氮和硝态氮,但在反硝化菌载体的内部由于传质受到影响,形成图2　在低温下两种菌的反硝化性能了缺氧区和厌氧区,所以反硝化菌可以将硝化细菌2.5　氧浓度对包埋菌和未包埋菌的影响生成的亚硝态氮或硝态氮还原成N2,实现了单级生当对废水进行微曝气时(DO质量浓度为015～物脱氮,并且由于氧的供应有限,形成的亚硝态氮较110mg/L),未包埋菌的硝态氮的去除率很低,10h后多,可以直接还原成N2,因此可以缩短反应历程,提的硝态氮的去除率仅为514%,而同期包埋菌的去高脱氮速率,节省氧气和有机碳源。所以固定化的除率为62%,远高于未包埋菌。可能因为包埋使小反硝化菌可以和硝化菌在同一个反应器中在好氧的球内部创造了缺氧的微环境,导致氧对包埋菌的抑条件下同时进行硝化与反硝化,实现单级生物脱氮。制性较弱,从而使包埋菌在有氧的条件下也能保持3　结　论对硝态氮较高去除率。这为实现单级生物脱氮创造了有利的条件,可以使硝化和反硝化在同一反应器通过对聚乙烯醇O硼酸固定法的改进,用于处理中进行,有极高的应用价值。含硝态氮的废水,不仅在不适宜的温度、pH值和有2.6　固定化操作运行的稳定性氧条件下均比未包埋表现出较高的反硝化活性,而运行稳定是固定化技术能否实际应用的关键,且可以和硝化菌在好氧条件下同时进行硝化与反硝为此,采用重复实验考察固定化小球的运行稳定性,化。由于PVA价格低廉、无毒抗分解,强度稳定性见图3。每个周期结束时(10h),滤出固定化小球,高,因而此固定法具有一定的应用价值。用蒸馏水冲洗后再次加入到新鲜的人工配水中,进参考文献:行新一轮操作,经过多次循环,小球的脱氮率一直保持较高的水平。可见,固定化操作是可行的,有一定[1]杨麒,李小明,曾光明,等.固定化微生物脱氮技术[J].环实际应用价值。境污染与技术,2002,3(10):58O60.[2]TANAKAK,SUMINOT,NAKAMURAH,etal.ApplicationofnitrificationbycellsimmobilizedinPolyethyleneglycol[J].ProgBiotechnol,1996,11:622O632.[3]程树培.环境生物技术[M].南京:南京大学出版社,1994:111O135.图3　固定化小球反硝化稳定性测试[4]王磊,兰淑澄.固定化硝化菌去除氨氮的研究[J].环境2.7　固定化小球的单级生物脱氮的可行性科学,1997,18(2):18O20.[5]国家环保局.水和废水监测分析方法[M].北京:中国环由图4可知,将硝化细菌和固定化包埋的反硝境科学出版社,1998:252O268.化菌进行混合处理含氨氮的废水,对废水进行曝气[6]孙成.环境监测实验[M].北京:科学出版社,2003:37O39.(ρ(DO)为2mg/L左右),总氮随着时间的延长而不(收稿日期:2005O05O21　编辑:舒　建)·59·'