多户化粪池联用的生活污水处理净化槽的研究.pdf

多户化粪池联用的生活污水处理净化槽的研究 * 王昶 1 李琳 1 谈玉琴 2 张瑞心 1 1． 天津科技大学海洋科学与工程系， 天津 300457;2. 无锡金鑫集团， 江苏 无锡 214121 摘要 在单独净化槽的基础上针对农村现有的自来水化工程相配的化粪池， 研发多户联用的多功能高效新型净化槽， 调查了生物滤床对污水净化作用， 测定了各区 BOD5、 氨氮和浊度的变化情况， 讨论了各区生物滤床对出水水质的影 响。结果表明 当处理能力为单独净化槽 4 倍情况下， 各区加入滤床后出水的 BOD5、 氨氮和浊度分别为 3 mg/L、 10. 5 mg/L和 5NTU， 水质指标均可达到国家一级排放标准， 大大减少了净化槽的投资费用。 关键词 生活污水; 净化槽; 生物滤床 STUDY ON TREATMENT OF HOUSEHOLD SEWAGE IN PURIFYING TANK CONNECTING MULTIPLE SEPTIC TANKS Wang Chang1Li Lin1Tan Yuqin2Zhang Ruixin1 1． Department of Marine Science ＆ Engineering， Tianjin University of Science ＆ Technology， Tianjin 300457， China; 2． Wuxi Jinxin Group，Wuxi 214121，China AbstractTo point against the septic tank that is matched rural water supply engineering，a new integrated and highly effective purifying-tank was developed on the basis of individual one． The purification of bio-filter bed was investigated and its influence on effluent quality was discussed by determining the changes of BOD5， NH3-N and turbidity in all zones． The processing capacity of new integrated purifying-tank was 4 times as that of the individual one，and the experimental results showed that the average effluent value of BOD5， NH3-N and turbidity was 3 mg/L， 10. 5 mg/L and 5NTU，respectively，as the bio-filter beds are added in the anaerobic zone and two aerobic zones successively，which is better than the national primary standard and reduced the costs greatly． Keywordsdomestic sewage;purifying tank;bio-filter bed * 科技部专项课题 2011BAC11B05 。 0引言 我国农村人口占总人口数的 70 ， 约为 9. 1 亿 人， 每年向环境中排放的 BOD5负荷总量约为 1 330 万 t BOD5负荷量为 40 g/ 人d ， 严重污染着农 村的水体 ［1- 2］。农村生活污水因分散而难以集中处 理， 针对家庭生活污水不连续、 固体颗粒多和浓度高 的特点， 需要研发一种适用于农村污水分散处理系统 的小型一体化生活污水净化槽， 从源头上解决农村一 家一户生活污水的污染问题 ［3- 6］。单独净化槽是分散 处理家庭生活污水的一种有效装置， 但由于生产费用 以及处理期间的耗电费用还不能适应我国农村的经 济发展要求， 因此急需处理效果好、 操作费用低的污 水处理装置。根据我国农村实施自来水化的配套工 程的现有状况， 每家农户实施自来水， 必须安装相应 的水初级处理的化粪池， 其出水水质不能达到国家排 放标准， 所以进一步处理该污水是十分必要的。 本研究是在单独净化槽的基础上， 针对农村现有 的自来水化工程相配的化粪池， 研发多户联用的多功 能高效新型净化槽， 将单独净化槽的二级厌氧、 一级 好氧改为一级好氧、 二级好氧过程， 加大好氧生物处 理能力。本文主要调查生物滤床对污水的净化作用， 测定了各区 BOD5、 氨氮和浊度的变化情况， 讨论各区 生物滤床对出水水质的影响， 为净化槽设计和推广应 用提供科学依据。 1实验部分 1. 1实验装置与工艺流程 自行开发的多功能新型净化槽实验装置如图 1 所示， 是由有机玻璃制成的， 主要由厌氧区、 一级好 62 环境工程 2012 年 4 月第 30 卷第 2 期 氧区、 二级好氧区、 沉淀区和消毒区构成， 五区连为 一体， 两区共用一壁， 这种一体化技术节省了空间、 材质和能耗。实验装置运用流体力学、 反应动力学 等原理， 采用一级厌氧、 二级好氧， 且厌氧在前， 好 氧在后， 形成低耗能操作， 减少好氧区的负荷， 使好 氧区污染物的浓度相对较低且稳定。进入净化槽 的污水依靠各区之间的势能差形成自然流动， 不需 外加动力。厌氧区利用平推流流动模式抑制高浓 度污水流入低浓度区， 提高抗冲击性能力， 好氧区 曝气搅拌实现全混流， 使好氧区的微生物在稳定条 件下降解污染物; 各区之间使用生物滤床的形式， 提高单位体积内的微生物量， 减少污泥的产生， 加 大抗冲击性能力， 以上三个主要技术的结合构建了 多功能新型净化槽 ［7- 9］。 图 1多功能新型净化槽装置 1. 2运行条件和方法 实验装置按照 5 人家庭生活污水排放量 1 m3/d 设计， 实验用小型净化槽为实际体积的 1/132。采用连 续进水的方式， 进水量为 30 L/d， 是实际进水的 4 倍。 根据之前研究得出的最佳曝气量 3. 28 m3/ m3h 计 算得 出 ［10］，调 节 一 级 好 氧 槽 中 的 曝 气 量 为 0. 57 m3/min， 二级好氧槽曝气量为 0. 44 m3/min。温 度保持在 20℃ 左右。 实验选定不同规格的波纹板作为最佳填料， 一种 是粗波纹板， 单位体积表面积为 40 m2/m3， 作为厌氧 区的滤床填料， 占厌氧槽体积的 40 ; 另一种是细波 纹板， 单位体积表面积为 70 m2/m3， 作为好氧区的滤 床填料， 占厌氧槽体积的 60 。选取校园生活区化 粪池出来的厌氧井进行厌氧挂膜， 不定期搅拌水体并 跟踪观察。在实验室内利用生活区污水进行好氧挂 膜， 曝气培养， 每天间歇换取水容器体积 1 /3 的污水， 确保好氧微生物的生长需求。 1. 3水质 采用天津科技大学泰达校区学生生活区生活污 水。生活污水平均水质指标如表 1 所示。 表 1生活污水主要水质参数 ρ COD / mgL － 1 ρ BOD5 / mgL － 1 ρ 氨氮 / mgL － 1 浊度 / NTU 176. 0137. 354. 2142 2结果与讨论 2. 1生物滤床对出水水质 BOD5的影响 2. 1. 1未添加生物滤床的条件下各区出水 BOD5的 变化 为了研究生物滤床对多功能新型净化槽出水水 质的影响， 实验从未添加滤床和逐步添加滤床两个方 面进行讨论。首先在无生物滤床的条件下， 事先在各 区内投放一定量的微生物， 利用各区内分布不均的微 生物对污水进行处理。启动净化槽后， 每天连续添加 生活污水， 5 d 左右达到稳定状态， 然后， 定期测量出 水 BOD5的变化情况， 测定结果见图 2。 图 2未添加生物虑床条件下各区出水 BOD 5变化情况 由图 2 可知 污水经过净化槽处理后， BOD5浓度 逐级降低， 尤其经过一级好氧后， BOD5显著降低。这 是因为厌氧区只对污水进行酸化水解， BOD5的去除 能力并不很高，因此对于生活污水只进行类似于化 粪池之类的厌氧过程， 出水水质很难达到国家排放标 准， 为此进一步对酸化水解产物进行好氧过程就显得 格外重要。但由于各区活性微生物的浓度极为有限， 并且在槽中的分布因微生物胶体沉降而不同， 槽中的 有效体积利用率较低， 所以在无生物滤床、 连续进水 情况下， 出水 BOD5只能降至 50 mg/L 左右， 去除率 仅为 64. 37 ， 不能达标排放。 2. 1. 2厌 氧 区 添 加 生 物 滤 床 的 条 件 下 各 区 出 水 BOD5的变化 一级好氧区和二级好氧区无生物滤床的条件下， 在厌氧区放入已挂好生物膜的波纹填料， 经过 8d 的 72 环境工程 2012 年 4 月第 30 卷第 2 期 连续进水运行后， 取样分析， 各区出水 BOD5的变化 如图 3 所示。由实验结果可知 厌氧区的降解能力明 显比没有滤床处理效率高， 这是因为厌氧区加入生物 滤床后， 厌氧区单位体积的微生物量增加， 厌氧生物 反应器的有效体积利用率随之提高， 生活污水中的部 分大颗粒悬浮物、 不溶性污染物以及胶体物质经过密 集的厌氧微生物厌氧区发酵和水解， 转化为小分子或 可溶性的污染物。再经过好氧微生物对小分子或可 溶性污染物在好氧区进一步分解， 使得出水 BOD5质 量浓度可达到 32 mg/L， 平均去除率也有了明显的增 加， 达 76. 47 ， 虽然未达到国家一级排放标准， 但较 好的处理效果说明生物滤床的重要性。 图 3厌氧区添加生物滤床条件下各区出水 BOD 5变化情况 2. 1. 3一级好氧区添加生物滤床的条件下各区出水 BOD5的变化 在以上的稳定操作条件下， 对一级好氧区添加挂 膜好的波纹填料， 操作方法同上， 稳定后， 取样分析， 各区出水 BOD5的变化如图 4 所示。 图 4一级好氧区添加生物滤床的条件下各区出水 BOD 5变化情况 由图 4 可知 好氧区的去除能力显著提高， 平均 提 高 40 左 右，出 水 BOD5去 除 率 达 85. 4 ， ρ BOD5 降至 20 mg/L， 接近国家排放标准。其结果 主要是由于好氧生物滤床的加入， 好氧区微生物量迅 速增加， 即生物反应器的有效体积增加， 加速了对污 染物的降解。 2. 1. 4有生物滤床的条件下各区出水 BOD5的变化 在厌氧区、 一级好氧区生物滤床稳定运行的前提 下， 采用以上相同的方法， 对二级好氧区添加生物滤 床。对各区的水质进行取样测定， 各区污水 BOD5变 化及出水 BOD5去除率的结果如图 5 所示。 图 5有生物虑床条件下各区污水 BOD 5变化情况 由图 5 可知 二级好氧区添加生物滤床后， 水质 有了进一步的提高， 与没有添加的条件相比， BOD5的 去除率 增 加 了 50 ， 出 水 BOD5的 最 终 浓 度 降 至 13 mg/L， 总去除率达 90. 78 ， 与单独净化槽相比， 处理能力虽然提高了 4 倍， 但由于采用二级好氧工 艺， 生物反应器 BOD5的降解能力仍然可以达到 90 以上， 说明增加好氧过程， 可以加大处理能力， 尤其是 在生物滤床的条件下， 由于微生物密度得到了提高， 有效地提高了反应器的有效体积。 2. 2不同生物滤床条件下浊度的变化情况 生活污水含有大量的可降解固体悬浮物和少量 其他固体或胶体物质， 使得生活污水的浊度相对较 高。污水连续进入净化槽后， 在微生物作用下， 部分 悬浮颗粒物转化为胶体或可溶性污染物。由于生物 滤床的添加， 其可过滤污水中的颗粒物， 同时在生物 膜的作用下吸附胶体以及可溶性污染物， 随着污染物 的不断降解， 水的浊度将会降低。不同生物滤床条件 下浊度的变化情况如表 2 所示。由表 2 可知 各区出 水的浊度都将会依次减小， 但随着生物滤床的添加， 水的浊度有了明显的改善。当二级好氧区添加生物 滤床后， 出水浊度为 5NTU， 水质透明。生物滤床的 添加是生物过程和物理过程的有效结合， 随着 BOD5 的不断降低， 水的浊度也随之明显降低， 出水浊度达 5NTU， 去除率高达 96. 50 。 82 环境工程 2012 年 4 月第 30 卷第 2 期 表 2不同生物滤床条件下浊度的变化情况 项目 浊度 /NTU 原水厌氧一级好氧 二级好氧出水 浊度去 除率 / 未添加滤床14310972474270. 52 厌氧区添 加滤床 1428656353078. 87 一级好氧 添加滤床 1408343241986. 43 二级好氧 添加滤床 14385408596. 50 3新型净化槽与单独净化槽的对比 多户化粪池联用的净化槽处理污水， 进水 BOD5 浓度比单独净化槽来说要低， 但处理量要高， 家庭生 活污水经过化粪池厌氧后， 污水中的 BOD5、 COD 都 有所降低， 但是将多户化粪池相连， 绝对污染物的量 却大于单独净化槽。本研究的日处理量较单独净化 槽相比扩大了 4 倍， BOD5日处理绝对负荷量约为原 来的 2. 5 倍。经过一级厌氧和二级好氧处理， 出水 BOD5的浓度与单独处理效果几乎相同， 达到国家一 级排放标准。从处理能耗上来说， 联用净化槽由于使 用二级好氧工艺， 在增加不大的能耗上， 同样加速了 好氧微生物的降解作用， 达到同样的效果， 每户吨水 能耗有了 明 显的 降 低， 单 独 净 化 槽 的 吨 水 耗 电 为 1. 5kWh， 而联用的吨水耗电为 0. 5 kWh。 由此可 知， 新的联用净化槽更能适合于现有自来水化工程的 农村建设的家庭生活污水的处理， 与单独净化槽的结 合， 对不同地区、 不同地理位置的农村分散式处理提 供了一种十分有效的模式。 表 3新型净化槽与单独净化槽的对比 项目适用农户类型 进水 BOD5/ mg L － 1 处理量 / L d － 1 BOD5负荷量 / mg d － 1 出水 BOD5/ mg L － 1 吨水耗电量 / kWh/户 费用 / 万元户 － 1 净化槽单一户型2287． 51 71012． 41． 51 新型净化槽多户型 4 户141304 230130． 50． 25 4结论 1 多户化粪池联用的净化槽应用一级厌氧， 二 级好氧工艺， 加大好氧处理过程， 在相同尺寸的反应 器条件下， 处理能力扩大 4 倍， 其处理效果与单独净 化槽几乎相同， 出水 ρ BOD5 可达 13 mg/L。 2 生物滤床的添加有利于提高各区微生物的密 度， 增大对颗粒、 胶体的分离， 促进污水的净化， 有效 改善出水的浊度， 浊度可降低到 5NTU。 3 多户化粪池联用可以大大降低处理能耗， 相 同的处理效果， 每户吨水的耗电量可以从 1. 5kWh 降低至 0. 5kWh。 参考文献 ［1］刘霞， 陈洪斌． 村镇及小区污水的生态处理技术［J］． 中国给 水， 2003， 19 12 32- 35． ［2］吕军． 中国统计摘要- 2001［M］． 北京 中国统计出版社， 2001 100- 102． ［3］王昶， 王然， 贾青竹， 等． 生活污水一体化净化槽的开发［C / CD］/ /第二届全国化学工程与生物化工年会 化工， P 环境工 程 ． 北京， 2005． ［4］杨岳平， 徐新华， 刘传富． 废水处理工程及实例分析［M］． 北京 化学工业出版社， 2003 59- 64． ［5］Luiz S Philippi， Rejane H R， de Costa， et al． Domestic effluent treatment through integrated system of septic tank and root zone ［J］． Wat Sci Tech， 1999， 40 3 125- 131． ［6］Markus Boller Small． Wastewater treatment plants － a challenge to wastewater engineers［J］． Wat Sci Tech， 1997， 35 6 1- 12． ［7］王然， 王昶， 酒井裕司， 等． 高效自流式家庭生活污水净化槽的 研究［J］． 环境工程， 2007， 25 5 21- 24． ［8］王昶，王 然． 高 效 自 流 式 生 活 污 水 净 化 处 理 器中 国， 200510122530． 4［P］． 2005- 12- 22． ［9］王昶， 王然． 家庭用自流式生活污水净化处理装置 中国， ZL 200520130697． 0［P］． 2007- 01- 10． ［ 10］王昶， 刘继辉， 李桂菊， 等． 净化槽不同曝气量对出水水质的影 响［J］． 水处理技术， 2009， 35 5 35- 39． ［ 11］国家环保局． 水和废水监测分析方法［M］． 三版． 北京 中国环 境科学出版社， 1994 11- 13． 作者通信处王昶300457天津科技大学海洋科学与工程学院 电话 022 60601433 E- mailwangc88 163． com 2011 － 09 － 05 收稿 92 环境工程 2012 年 4 月第 30 卷第 2 期