農(nóng)村生活污水如何處理

隨著中國(guó)農(nóng)村經(jīng)濟(jì)突飛猛進(jìn)的發(fā)展，農(nóng)村生活污水排放量急劇增大. 目前，全國(guó)農(nóng)村每年排放生活污水約80 多億噸[1]，而96%的村莊沒(méi)有設(shè)置排水渠道和污水處理系統(tǒng)，污水處理率不到10 %，嚴(yán)重污染了農(nóng)村的生活環(huán)境[2] .

對(duì)于技術(shù)相對(duì)落后的廣大農(nóng)村地區(qū)，工藝簡(jiǎn)單、運(yùn)行成本低的人工濕地污水處理技術(shù)得到了廣泛的應(yīng)用[3]，然而單純的人工濕地技術(shù)存在著占地面積大、污染物濃度不能太高、易滋生蚊蟲(chóng)及容易出現(xiàn)堵塞[4-5]等缺點(diǎn). 本文中，筆者采用厭氧折流板反應(yīng)器-垂直潛流人工濕地(ABR-SSFW) 組合工藝處理農(nóng)村生活污水,一方面ABR作為預(yù)處理技術(shù)，能夠很好地降低人工濕地的污染負(fù)荷，從而克服人工濕地容易堵塞和占地面積大等缺點(diǎn)；另一方面人工濕地作為厭氧的后續(xù)處理，可以改善厭氧出水的水質(zhì)，實(shí)現(xiàn)達(dá)標(biāo)排放.

1 材料與方法

1. 1 試驗(yàn)裝置

ABR由硬質(zhì)的塑料板制成，長(zhǎng)×寬×高為800 mm×800 mm×900 mm，有效水深為700 m，有效容積為448 L. SSDW 為下行流，從上部進(jìn)水，下部出水，長(zhǎng)×寬×高為1 500mm×1 500 mm×1 100 mm. 濕地內(nèi)填充的填料:底層為直徑30~ 40 mm的大碎石，厚度30 cm；中層是按1：1 均勻混合的小碎石與爐渣，粒徑10~ 20mm，厚度30 cm；上層是按10：1均勻混合的土壤與粉煤灰，厚度20 cm.

該試驗(yàn)系統(tǒng)由水箱、ABR和SSFW 組成. 原水經(jīng)蠕動(dòng)泵由水箱提升至ABR，經(jīng)ABR處理后，出水進(jìn)入SSFW.

1. 2 試驗(yàn)用水

本試驗(yàn)所用生活污水取自邯鄲市某城中村化糞池排放的生活污水. 原水水質(zhì)見(jiàn)表1.

表1 原水水質(zhì)

1. 3 監(jiān)測(cè)項(xiàng)目與分析方法

水質(zhì)的監(jiān)測(cè)項(xiàng)目與分析方法[6]見(jiàn)表2.

表2 監(jiān)測(cè)方法

2 試驗(yàn)結(jié)果與分析

2. 1 系統(tǒng)的啟動(dòng)[7-8]

接種污泥為邯鄲市東郊污水處理廠氧化溝的好氧污泥，將其均勻投加到ABR反應(yīng)器的4 個(gè)隔室，接種后反應(yīng)器內(nèi)的污泥質(zhì)量濃度為13. 74 g/L，污泥投加完畢，靜置1 d，開(kāi)始連續(xù)進(jìn)水. 啟動(dòng)初始水力停留時(shí)間(HRT) 為48 h，此時(shí)COD去除率僅有29 %；隨后,COD的去除率穩(wěn)步上升，到第10 d 時(shí)，COD去除率達(dá)到60 %，到第20 d，COD去除率達(dá)到80 % 以上. 在第25 d，將HRT 縮短為36 h，第26 d 測(cè)得COD去除率下降到56. 3 %，繼續(xù)運(yùn)行到第30 d，COD去除率上升到70%，運(yùn)行第45 d 時(shí)，COD去除率穩(wěn)定在85 % 左右. 在第46 d 將HRT 縮短為24 h，測(cè)得COD去除率下降為74. 5 %，隨后逐漸穩(wěn)步上升，又經(jīng)過(guò)大約40 d的運(yùn)行，COD去除率穩(wěn)定在90 % 以上，ABR反應(yīng)器啟動(dòng)成功.

啟動(dòng)ABR的同時(shí)，從永年洼濕地采集蘆葦根狀莖，根莖長(zhǎng)20 cm左右，莖部分節(jié)，每節(jié)上均帶有明顯的側(cè)芽. 第2 d 將其以行距30 cm、株距10 cm進(jìn)行栽種，栽種后，人工濕地開(kāi)始連續(xù)進(jìn)水，進(jìn)水為ABR的出水.此時(shí)ABR的HRT 為48 h，出水流量較小，為了確保蘆葦正常生長(zhǎng)，每天還向人工濕地中澆灌一定量的自來(lái)水. 種植15 d 后可見(jiàn)蘆葦側(cè)芽生長(zhǎng)，30 d 后有蘆葦葉子長(zhǎng)出，隨后蘆葦生長(zhǎng)迅速. 6 月份停止向濕地中澆灌自來(lái)水，此時(shí)蘆葦生長(zhǎng)特別旺盛. 在6 月中旬發(fā)現(xiàn)部分蘆葦葉子黃枯，葉子上有細(xì)長(zhǎng)狀灰色蟲(chóng)子，密度很大. 6月15 日在有這些癥狀的葉子上噴殺蟲(chóng)劑，每天噴1 次，到6 月20 日蟲(chóng)子基本沒(méi)有了，蘆葦?shù)纳�長(zhǎng)良好，濕地啟動(dòng)完成.

2. 2 COD的去除

組合系統(tǒng)對(duì)COD的去除效果如圖1 所示. 可見(jiàn)，隨著HRT的縮短，ABR和SSFW的出水COD質(zhì)量濃度整體呈上升趨勢(shì). 當(dāng)ABR的HRT 分別為24，18，12 h 時(shí)，平均COD出水質(zhì)量濃度分別為86. 3，42. 9,43. 1 mg/L，SSFW 平均COD出水質(zhì)量濃度分別為40. 5，21. 6，17. 6 mg/L，出水水質(zhì)良好，組合系統(tǒng)出水滿足一級(jí)A 排放標(biāo)準(zhǔn). 當(dāng)ABR的HRT 縮短為8 h，其平均COD出水質(zhì)量濃度大幅度升高，為168. 6 mg/L，SSFW的COD出水質(zhì)量濃度波動(dòng)較大，COD平均質(zhì)量濃度為82. 6 mg/L，組合系統(tǒng)出水滿足二級(jí)排放標(biāo)準(zhǔn). 當(dāng)ABR的HRT 為4 h 時(shí)，其平均COD出水質(zhì)量濃度為215. 9 mg /L，SSFW的COD出水質(zhì)量濃度為145. 1mg/L，出水水質(zhì)達(dá)不到排放標(biāo)準(zhǔn).

HRT 實(shí)際代表了生物反應(yīng)時(shí)間，HRT 越小反應(yīng)時(shí)間越短、反應(yīng)越不徹底，所以COD的去除率隨著HRT的減小而下降；但另一方面，長(zhǎng)的HRT 會(huì)增加反應(yīng)器的容積，致使投資增大，因此，在實(shí)際生產(chǎn)中選擇合適的HRT 很有必要. 由于現(xiàn)行的污水處理廠一級(jí)A 排放標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定出水COD質(zhì)量濃度為50 mg/L，因此從整體考慮，反應(yīng)器的最優(yōu)HRT 為12 h.

圖1 不同HRT下COD質(zhì)量濃度的變化

2. 3 脫氮能力

不同HRT下，組合系統(tǒng)對(duì)T N的去除效果如圖2 所示；系統(tǒng)進(jìn)水、ABR及SSFW 出水氨氮濃度的變化如圖3 所示.

由圖2 可以看出，運(yùn)行階段，HRT 從24~ 4 h 這一變化過(guò)程中，ABR和SSFW 對(duì)TN的去除率不太穩(wěn)定，波動(dòng)較大. T N 總平均去除率分別為38. 9 %，49. 4 %，40. 1 %，27. 5 %，21. 9 %，去除率較低. ABR對(duì)TN的去除率占T N 總?cè)コ�率的比例分別為28. 1 %，35. 6%，25. 2 %，30. 6 %，33. 9 %；SSFW 對(duì)TN的去除率占TN 總?cè)コ�率的比例分別為71. 9 %，64. 4 %，74. 8 %，69. 4 %，66. 1 %. ABR對(duì)TN的去除率低于SSFW的去除率.

ABR是利用微生物生長(zhǎng)吸收去除氮，因?yàn)閰捬跷⑸�物生長(zhǎng)緩慢，因此依靠此途徑去除的氮量較少. SSFW對(duì)氮的去除途徑是多樣的，包括植物攝取、基質(zhì)截留、揮發(fā)和微生物作用[9]，系統(tǒng)對(duì)TN的去除主要靠SSFW 來(lái)完成.

從圖3 中可以看出，ABR出水的NH3-N 質(zhì)量濃度多數(shù)情況下高于系統(tǒng)進(jìn)水的NH3-N 質(zhì)量濃度，而SSFW 最終出水NH3-N 質(zhì)量濃度均低于系統(tǒng)進(jìn)水NH3-N 質(zhì)量濃度.HRT為24，12 h 時(shí)，NH3-N 質(zhì)量濃度變化范圍都比較大，平均出水質(zhì)量濃度分別為20. 1，7. 1 mg/L，平均去除率分別為28 %，42%，HRT 為18h 時(shí)，NH3-N 濃度變化比較平穩(wěn)，平均出水質(zhì)量濃度為8. 8mg /L.

厭氧生物處理中，NH3-N 質(zhì)量濃度主要受到以下2 個(gè)方面的影響:一方面，污水中部分有機(jī)氮在厭氧條件下通過(guò)厭氧菌的作用轉(zhuǎn)化為氨氮，即發(fā)生了氨化作用，使得反應(yīng)器中NH3 -N 質(zhì)量濃度升高；另一方面，氨氮是合成微生物細(xì)胞必需的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，通過(guò)微生物的攝取使NH3-N 質(zhì)量濃度降低. ABR出水NH3-N 質(zhì)量濃度普遍高于系統(tǒng)進(jìn)水的NH3-N 質(zhì)量濃度，這說(shuō)明反應(yīng)器中有機(jī)氮氨化的速率大于氨氮被微生物利用的速率，進(jìn)一步說(shuō)明了人工濕地在整個(gè)系統(tǒng)中對(duì)氨氮的去除起到關(guān)鍵性的作用.

圖2 不同HRT下TN 去除率的變化

圖3 不同HRT下NH3-N 質(zhì)量濃度變化

2. 4 總磷的去除

在整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，不同時(shí)期TP的去除率變化如圖4 所示.

圖4 不同時(shí)期TP的變化

對(duì)圖4 分析可知，在整個(gè)運(yùn)行階段，HRT 分別為24，18，12，8，4 h 時(shí)TP 平均去除率分別為38. 7 %,44. 6 %，42. 6 %，38. 9%，24. 7%，平均出水TP 質(zhì)量濃度低于3 mg/L，滿足國(guó)家城鎮(zhèn)污水排放二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)較好. ABR出水TP 質(zhì)量濃度絕大多數(shù)在系統(tǒng)進(jìn)水TP 質(zhì)量濃度之上，而SSFW 出水T P 質(zhì)量濃度都低于系統(tǒng)進(jìn)水TP 質(zhì)量濃度，說(shuō)明人工濕地在組合系統(tǒng)對(duì)TP的去除中起關(guān)鍵性的作用.

人工濕地對(duì)磷的去除是微生物去除、基質(zhì)吸附和植物吸收3 條途徑共同作用的結(jié)果. 植物對(duì)磷的去除是通過(guò)植物對(duì)無(wú)機(jī)磷的吸收同化作用，污水中的無(wú)機(jī)磷變成植物的有機(jī)成分，然后收割植物，達(dá)到對(duì)磷的去除,但有研究表明，植物吸收的磷占TP 去除量的10 % 左右. 人工濕地中的基質(zhì)通過(guò)物理化學(xué)反應(yīng)如吸收、吸附、過(guò)濾、離子交換、絡(luò)合反應(yīng)等來(lái)去除污水中的磷，富含Al3+，F(xiàn)e3+，Ca2+的基質(zhì)對(duì)磷的凈化能力比較強(qiáng)，在堿性條件下，污水中的磷易與Ca2+ 發(fā)生反應(yīng)，本試驗(yàn)中，pH 在7. 6~ 8. 1 之間，在堿性范圍內(nèi)，所以人工濕地主要通過(guò)富含鈣的石灰石基質(zhì)去除磷. 另一方面，植物根系對(duì)氧疏導(dǎo)作用使得根區(qū)周圍呈現(xiàn)好氧狀態(tài)，遠(yuǎn)離根區(qū)的地方依次出現(xiàn)缺氧和好氧狀態(tài)，這種環(huán)境有利于磷細(xì)菌的活動(dòng)，好氧條件下，磷細(xì)菌大量地吸收磷，厭氧條件下，磷細(xì)菌釋放磷，使?jié)竦刂芯植康貐^(qū)的磷質(zhì)量濃度升高，從而加強(qiáng)填料對(duì)磷的有效吸附與沉淀，最終將磷有效去除.具體參見(jiàn)http://www.yiban123.com更多相關(guān)技術(shù)文檔。

3 結(jié)論

1) 當(dāng)ABR的HRT 大于12 h 時(shí)，ABR-SSFW 組合工藝在進(jìn)水COD質(zhì)量濃度高于200 mg/L時(shí)平均出水COD質(zhì)量濃度都在50mg /L以下，COD去除率在80% 以上，達(dá)到現(xiàn)行的國(guó)家城鎮(zhèn)污水排放一級(jí)A 標(biāo)準(zhǔn).在組合工藝對(duì)COD的去除中，ABR發(fā)揮的作用較大，占到了60 %以上.

2) 當(dāng)HRT 分別為18，12 h 時(shí)，TN的出水質(zhì)量濃度分別為9. 4，10. 8 mg/L，達(dá)到現(xiàn)行的國(guó)家城鎮(zhèn)污水排放一級(jí)A 標(biāo)準(zhǔn). NH3-N 在HRT 為12 h的出水質(zhì)量濃度為7. 1mg /L，滿足國(guó)家城鎮(zhèn)污水排放一級(jí)B 標(biāo)準(zhǔn).當(dāng)HRT 小于12 h 時(shí)，系統(tǒng)出水TN，NH3-N 質(zhì)量濃度均不能達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn).HRT 大于12 h 時(shí)，TP的平均出水質(zhì)量濃度分別為1. 0，0. 9，0. 7 mg/L，達(dá)到國(guó)家城鎮(zhèn)污水排放一級(jí)B標(biāo)準(zhǔn).HRT 小于12 h 時(shí)T P的平均出水質(zhì)量濃度分別為1. 7，2. 4 mg /L，達(dá)到二級(jí)排放標(biāo)準(zhǔn).

3) 結(jié)合系統(tǒng)在運(yùn)行階段對(duì)COD，TN，NH3-N，TP的去除效果，對(duì)系統(tǒng)而言，最優(yōu)HRT 為12 h.