新型净化槽对污水进水量的抗冲击性能研究.pdf

新型净化槽对污水进水量的抗冲击性能研究 * 王昶1杨晓娇1酒井裕司2林鹏1贾青竹1 1． 天津科技大学海洋科学与工程学院， 天津 300457; 2． 工学院大学工学部环境能源化学科， 东京都 192- 0015 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家用化粪池， 研发多户化粪池联用的高效新型净化 槽， 将单独净化槽的二级厌氧、 一级好氧改为一级厌氧、 二级好氧过程， 提高好氧生物处理能力， 减少设备的投资和运 行成本， 便于推广应用。调查了多户生活污水量对新型净化槽出水水质的影响及其抗冲击性能力。实验结果表明 在 体积不变的情况下， 由于采用两级好氧和生物滤床的技术特点， 新型净化槽的处理能力明显增强， 当进水量为 50 L/d 相当于实际净化槽 6 家农户污水排放量 时， 净化槽出水 COD、 BOD5、 NH3- N、 浊度可分别达到 22. 67 mg/L、 7. 8 mg/ L、 8. 3 mg/L、 1. 79 NTU， 各项出水指标都达到国家一级排放标准。即使在进水量为 70 L/d 时， 出水水质的 BOD5仍低 于 20 mg/L， 证明新型净化槽对进水量具有很高的抗冲击性能力。 关键词 生活污水; 净化槽; 进水量 DOI 10. 13205/j． hjgc． 201402014 Study on Impact Ｒesistance of Sewage Inflow in New Purifying Tank Wang Chang1Yang Xiaojiao1Sakai Yuji2Lin Peng1Jia Qingzhu1 1． College of Marine Science and Engineering，Tianjin University of Science ＆ Technology，Tianjin 300457，China; 2． Department of Environmental Chemical Engineering，Kogakuin University，Tokyo 192- 0015，Japan AbstractIn the light of the septic tank which matched rural water supply engineering，a new purifying tank which combined with multi- family septic tank was developed on the basis of individual one． Two- stage anaerobic and one- stage aerobic were changed to one- stage anaerobic and two- stage aerobic process in the new purifyingtank，which could increase aerobic biological treatment capacity，reduce equipment investment and running cost，thus being convenient for popularization and application． The influence of sewage inflow on effluent quality and the ability of impact resistance of purifying tank connecting multiple septic tanks was investigated． The experimental results showed that in the case of constant volume，due to the use of two- stage aerobic and biofilter，the treatment ability of new purifyingtank was significantly enhanced，when sewage inflow was 50 L/d equivalent to the actual purifying tank of six- household sewage emissionthe average COD， BOD5， NH3- N and turbidity of the effluent were 22. 67 mg/L， 7. 8 mg/L， 8. 3 mg/L and 1. 79 NTU，respectively． All the inds of the effluent from the net tank could meet the national first- order standard． Even if sewage inflow was 70 L/d，the BOD5of the effluent was lower than 20 mg/L，showing a strong ability to resist the impact of the new tank． Keywordsdomestic sewage;purifying tank;sewage inflow * 国家科技支撑计划项目 2011BAC11B05 。 收稿日期 2013 －05 －28 0引言 随着城市化建设和城乡人民生活水平的提高， 国 民对生活质量有了越来越高的要求， 大部分新建的城 乡住宅都趋于自来水化， 采用水洗厕所。我国农村人 口约 6. 8 亿人， 占总人口 49， 每人每天向环境排放 的 BOD5负荷为 40 g/ 人d ， 每年仅由农业人口向 环境排放的 BOD5负荷总量就超过了 993 万 t［1 ］ ， 严 重影响着农村的水体质量。开发小型高效生活污水 净化槽不仅能从源头解决农村一家一户生活污水的 污染问题， 而且还能促进农村自来水化的有效实施， 提高农村生活质量和环境质量［2- 4 ］。目前我国农村实 行一家一户生活污水的原位处理， 虽说一家一户的净 化槽技术开发以及实际应用都取得了成功［5 ］， 但要 广泛推广， 在财政上还存在很大的困难， 迫切需要更 95 水污染防治 Water Pollution Control 实用、 低运行成本的生化处理装置， 随着广大的农村， 尤其是沿海地区自来水化工程全面实行， 与此相匹配 的生活污水处理就不可缺少， 农村生活污水净化工程 与是自来水化工程相辅相成的， 也是新农村建设的重 要内容之一。 本研究借助于现有农村自来水化工程相配套的 化粪池， 开发多户联用的、 高效的生活污水处理的净 化槽， 将原来单户净化槽的二级厌氧、 一级好氧改为 一级厌氧、 二级好氧过程， 提高好氧生物处理能力， 减 少设备的投资和运行成本， 实现一种既分散， 又相对 集中的净化槽处理模式， 即农村分散式多户联用的或 农村集中式 楼宇式 多户联用的高效处理净化槽的 系统。 在单独净化槽改进的基础上， 使用自行开发的实 验装置， 详细研究了多用户生活污水处理量对净化槽 出水水质的影响， 测定了各区 COD、 BOD5、 氨氮和浊 度的变化情况， 深入讨论净化槽中各生活滤床反应器 的处理效果以及抗冲击性能力， 为多台化粪池联用的 净化槽设计和推广应用提供科学依据。 1实验部分 1. 1装置与工艺流程 实验装置如图 1 所示， 系自行研制开发， 由有机 玻璃制成， 其大小为实际净化槽的 1/132， 净化槽总 体积为 44. 2 L， 厌氧区体积为 14. 1 L， 一级好氧区和 二级好氧区的体积分别为 13. 2 L 和 10. 8 L。 图 1多功能新型净化槽装置 Fig．1Schematic diagram of the integrated purifying tank 新型净化槽采用厌氧区平推流和两级好氧区全 混流的技术。流体靠各反应区内的液位差形成自然 流动， 不需要任何动力， 各反应中采用生物滤床， 利用 生物滤床分离、 吸附、 降解作用， 提高反应的微生物密 度， 充分发挥各区的体积利用率。为了节省空间、 材 质和能耗， 采用空间上的一体化技术， 使厌氧区、 好氧 区、 沉淀区以及消毒区连为一体， 两区共用一壁， 这都 体现了小型高效的特点［6- 7 ］。该净化槽装置基本结构 见图 1。由图 1 可知 污水直接进入厌氧区， 以平推 流的方法在厌氧区发酵水解， 然后进入一级好氧区， 再进入二级好氧区， 加快了生物降解的速度， 然后由 沉淀区的平推流形式进入消毒区排出。由于装置的 密封性好， 污水不会外漏引起地下水污染， 便于管理 和使用。 1. 2主要仪器和方法 实验选择不同规格的波纹板作为填料， 一种是波 纹较细的， 用于厌氧过程， 另一种是波纹较粗的， 用于 好氧过程。填料的特性以及挂膜可参考文献［ 7］ 。 实验过程主要考察 COD、 BOD5、 氨氮、 浊度等水 质指标， 分析方法全部采用国标法 COD 分析采用为 CＲ2200 型加热消解器 德国 WTW 、 PhotoLab S6 型 光电比色计 德国 WTW ; BOD5测定采用 OxiTop IS 12 型快速 BOD 仪 德国 WTW ; 氨氮分析采用 9100 D 型 LabTech 紫外可见分光光度计 北京莱伯泰科仪 器仪器有限公司 ; 浊度分析采用 Turb 430 IＲ 型便携 式浊度仪 德国 WTW ; 溶解氧分析采用 Oxi 3210 SET3 手持式溶解氧测定仪 德国 WTW 。 1. 3实验所用污水 根据家庭生活污水和化粪池污水的特点， 一般来 说家庭生活污水的 ρ BOD5 为 200 mg/L， 生活污水 全部进入化粪池， 出水 ρ BOD5 为 110 mg/L 左右。 本实验中采用天津科技大学泰达校区学生生活区生 活污水进行调配， 主要水质指标同见表 1。 表 1实验用生活污水主要水质指标 Table 1Main water quality inds of the domestic sewage 项目 ρ COD / mg L－1 ρ BOD5 / mg L－1 浊度/ NTU pH 水温/ ℃ ρ NH3- N / mg L－1 平均浓度178109. 6798. 347. 1419. 540. 10 样本数16610101210 实验装置基本按照 5 户家庭生活污水排放量设 计， 采用连续进水， 根据以往研究结果 ［8- 9 ］， 曝气量的 选 择 分 别 为 一 级 好 氧 2. 4 L/min，二 级 好 氧 1. 2 L/min。分别采用进水量为 30， 40， 50， 60， 70 L/d 分别相当于实际净化槽排放量 3 960， 5 280， 6 600， 7 920， 9 240 L/d ， 每次改变进水量均待系统稳定7 ～ 8 d 使填料上微生膜生长达到稳定， 然后连续 3 ～4 d 测定各槽内的水质， 采用多组测量取平均值的方法， 调查各区 COD、 BOD5、 氨氮、 浊度等水质指标及其去 除率。 06 环境工程 Environmental Engineering 2结果与讨论 2. 1进水量对各区域水浊度的影响 家庭生活污水含有粪便等可降解的固体悬浮物 和胶体， 使得污水的浊度相对较高， 稳定运行下各区 域中的浊度变化情况见图 2。由图 2 可知 污水经过 厌氧槽后， 浊度明显降低， 从原来的 100 NTU 下降至 30 NTU 以下， 充分说明厌氧滤床不仅具有很好的固 液分离作用， 而且微生物在生物滤床附着的絮体含有 活性很高的酶， 吸附性很强， 使污水中的固体颗粒物 和胶体污染物分离， 形成便于厌氧发酵水解的高浓度 区， 从而有效地抑制了颗粒悬浮物进入低浓度区。经 过后两级好氧处理后， 浊度又得到了进一步降低。随 着进水量的不断增加， 也就是说， 污水在净化槽中的 停留时间不断减少， 净化槽的处理能力将有所下降， 所以当进水量超过 50 L/d 后， 出水的浊度才有所上 升， 但即使进水量在 70 L/d 时， 污水浊度去除率也达 到 90以上， 水质清澈透明， 无漂浮物等可引起感观 不快的物质， 也没有令人厌恶的色、 臭、 味。说明该装 置具有很好的除浊能力， 生物滤床发挥了极为重要的 作用。 图 2不同进水量时浊度的变化 Fig．2Variation and removal rate of turbidity with different inflow 表 2 是不同进水量与其水力停留时间的对应关 系。由表 2 可知 随着进水量的增加， 污水在净化槽 中的停留时间不断减少， 对于城市生活污水处理来 说， 水力停留时间大约在 8 h 以内， 但对于净化槽来 说， 由于家庭生活污水的即时性， 与城市生活污水有 着完全不同的概念， 所以应有足够的停留时间进行生 物降解。 2. 2进水量对各区域中水 COD 的影响 稳定运行下各区域 COD 变化情况见图 3。由 表 2进水量与水力停留时间对应关系 Table 2The corresponding relation of water inflow and hydraulic retention time 进水量/ L d －1 水力停留时间/h 3035. 36 4026. 52 5021. 22 6017. 68 7015. 15 图 3可知 经过厌氧区后， 出水的 COD 浓度已明显降 低， 由原来的 180 mg/L 下降到90 mg/L 左右， 结合浊 度在各区域的变化情况， 可知这主要是由于大部分固 体颗粒物经过厌氧区生物滤床的拦截、 生物降解， 使 流入到好氧区的 COD 浓度降低， 有利于适合低浓度 污水处理的好氧微生物的降解作用， 同时好氧生物膜 的使用有效地提高了单位体积中的微生物量， 再经过 两级好氧区微生物的降解及沉淀区的分离作用， 使出 水水质变得更好， 即使在每天连续进水量为 70 L/d 时， COD 最终出水浓度仍低于国家生活污水排放一 级标准限值。 图 3不同进水量时各区 COD 的变化及去除率 Fig．3Variation and removal rate of COD with different inflow 通过比较可知， 随着进水量的增加， 污水在净化槽 中的停留时间减少， 净化槽的处理能力会有所下降， 因 此当进水量超过50L/d 后， COD 的出水值有所增加， 但 增加较平稳。说明新型净化槽不仅对 COD 有较好的 去除效果， 而且抗 COD 冲击负荷能力也较强。 2. 3进水量对各区域污水 BOD5的影响 由于净化槽采用了厌氧好氧组合形式， 微生物不 同， 其降解速率也是不一样的， 考虑到多家化粪池联 用， 处理量增加的特点， 所以选择了二段好氧过程。 稳定运行下各区域中的 BOD5变化情况见图 4。家庭 16 水污染防治 Water Pollution Control 生活污水有不连续性， 依排放时间波动较大， 在排放 标准的限定下， 要求 BOD5去除能力强、 抗冲击性强。 图 4不同进水量时各区 BOD5 的变化 Fig．4Variation and removal rate of BOD5with different inflow 从图 4 可知 经过厌氧降解有机污染物后 BOD5 波动很小， 且已经降到 50 左右， 再经过两级好氧降 解及沉淀分离后， BOD5又明显降低， 出水水质变得更 好。这是由于污染物经过厌氧微生物水解后， 颗粒悬 浮物以及胶体相对减少， 可溶性的污染物增多， 更加 有利于好氧微生物的降解， 同时滤床作用使更大颗粒 的污染物在厌氧区被截流， 平推流的模式使进入的污 水就像活塞流一样， 一边发生厌氧生物降解， 一边由 后面的流体推动向前流动， 抑制其返混， 而且滤床中 的生物膜也可以缓冲高浓度带来的波动。此外新型 净化槽将传统的二级厌氧、 一级好氧净化槽改进为一 级厌氧， 二级好氧过程， 加大好氧生物的处理能力， 使 污染物经过两级好氧区的处理后得到了很好的处理。 即使进水量增加， 出水 BOD5仍然很低， 设计成两级 好氧滤床， 可确保净化槽保持较强的抗冲击性。 表 3 表示了不同进水量与其 BOD5绝对负荷对 应关系。结合图 4 可知 随着进水量的增加， 出水 BOD5浓度有所上升。但随着进水量的增加， BOD5 绝对负荷是逐渐增大的， 再次说明新型净化槽对 BOD5具有很强的处理能力。即使在每天连续进水 70 L 的条件下， 出水 BOD5也能达到19 mg/L， 低于国 家一级排放标准限值 ρ BOD520 mg/L ， 并且出 水 BOD5比较平稳， 说明其对含粪便的高 BOD5 生活 污水具有良好的适应性和抗冲击能力。 2. 4进水量对各区域污水 NH3- N 的影响 稳定运行下各区域中 NH3- N 的变化情况见图 5。 由图 5 可知 经过厌氧区的 NH3- N 出水值并没有明 表 3进水量与其 BOD5 绝对负荷对应关系 Table 3The corresponding relation of water inflow and absolute load of BOD5 实验进水量/ L d －1 实际净化槽 进水量/ L d －1 进水浓度/ mg L －1 出水浓度/ mg L －1 BOD5负荷/ mg d －1 303 960104. 433 042 405 280105. 25. 24 000 506 6001007. 84 610 607 920104. 615. 85 328 709 240101. 619. 05 516 显降低， 这是由于厌氧区的进水端浓度较高， 满足异 养菌的生长需求， 异养菌生长快， 在异养细菌的氨化 作用下， 一部分有机氮转化为氨态氮。进入好氧区 后， 由于附着生长，以硝化细菌为代表的自养菌占有 优势， 因此氨氮在两级好氧区被很好地硝化。 图 5不同进水量时 NH3 - N 的变化 Fig．5Variation and removal rate of NH3- N with different inflow 整个好氧区溶解氧经测定均在 3. 5 mg/L 以上， 在高通气条件下， 滤池内的优势菌为好氧微生物 包 括去除有机物的异养菌、氧化氨氮生成亚硝酸盐的 氨氧化菌和氧化亚硝酸的硝化细菌 ， 这些好氧微生 物的生长不受氧的限制， 均能保证硝化作用的高效进 行， 因此两级好氧区的 NH3- N 出水值降低明显。在 进水量 30， 40 L/d 时， NH3- N 最终出水值低于国家一 级排放标准限值 ［ 10 ］。当进水量大于 60 L/d 时， NH 3- N 的去除率明显降低， 这是由于进水量太大时， 进入好 氧区的污水停留时间变得更短， 不能在两级好氧区充 分地对 NH3- N 进行硝化分解。本实验中所使用污水 的 NH3- N 含量远高于正常生活污水 NH3- N 含量在 20 ～30 mg/L ， 处理后出水在大流量时偏高也是预料 之中。但处理量在50 L/d 以下， 具有很好的效果。 26 环境工程 Environmental Engineering 由于曝气量也是优化操作中一个重要参数， 选择 一个合适的曝气量， 既保证良好的抗冲击性， 又能够 达标排放极为重要， 关于曝气量的优化研究是本课题 今后的重要内容之一， 需要进一步探讨研究。 3结论 通过改变进水量对多台化粪池联用的净化槽抗 冲击性进行研究， 调查了新型净化槽各区在不同进水 量下对各区污染指标的去除情况， 得出了如下结论 1在体积不变的情况下， 采用一级厌氧和两级 好氧以及生物滤床的技术， 使新型净化槽具有较大的 处理能力。 2当进水量为 50 L/d 相当于实际净化槽 6 家 农户 污 水 排 放 量时， 净 化 槽 出 水 COD、 BOD5、 NH3- N、 浊度分别达到22.67 mg/L、 7.8 mg/L、 8.3 mg/L、 1. 79 NTU， 均能达到国家一级排放标准。 3即使进水量为 70 L/d 时， 出水 BOD5仍低于 20 mg/L， 证明新型净化槽具有很高的抗冲击性 能力。 4新型净化槽与多台化粪池联用， 可以大大降 低设备投资费用， 可以建立农村分散式多户联用和 农村集中式 楼宇 多户联用高效处理净化槽的 系统。 参考文献 ［1］周健， 张欣宇， 干丽莎， 等． 分段进水多级生物膜反应器脱氮效 能影响因素研究［J］． 环境工程学报， 2012， 6 1 120- 124． ［2］Gholamreza Moussavi，Frarough Kazembeigi，Mehdi Farzadkia． Perance of a pilot scale up- flow septic tank for on- site decentralized treatment of residential wastewater［J］． Process Safety and Environmental Protection， 2010， 88 47- 52． ［3］薛媛， 武福平， 李开明， 等． 农村生活污水处理技术应用现状 ［J］． 现代化农业， 2011 4 41- 44． ［4］王志强， 李黎， 罗海霞， 等． 农村生活污水处理技术研究［J］． 安 徽农业科学， 2012， 40 5 2957- 2959． ［5］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． ［6］王昶，王 然． 高 效 自 流 式 生 活 污 水 净 化 处 理 器中 国， 200510122530. 4［P］．2005． ［7］杨菲菲， 马放， 魏利， 等． 不同进水条件对 SBＲ 工艺脱氮除磷效 能的影响［J］． 环境科学与技术， 2011， 34 6 127- 131． ［8］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． ［9］王昶， 李琳， 谈玉琴， 等． 多户化粪池联用的生活污水处理净化 槽的研究［J］． 环境工程， 2012， 30 2 26- 29． ［ 10］谢曙光， 张晓健， 王占生， 等． 生物滤池系统内生化作用机理综 合研究［J］． 环境科学学报， 2002， 22 5 557- 561． 第一作者 王昶 1958 － ， 男， 教授， 主要从事污水处理、 光催化反应、 生物质资源化研究。 櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅 wangc88163． com 上接第 130 页 ［2］田玉军， 巨天珍， 任正武． 国内城市环境噪声污染研究进展 ［J］． 重庆环境科学， 2003， 25 3 37- 39． ［3］Piotr Mioduszewski，Jerzy A Ejsmont，Jan Grabowski，et al． Noise map validation by continuous noise monitoring ［J］ ．Applied Acoustics， 2011， 72 582- 589． ［4］Dae Seung Cho， Jin Hyeong Kim， Douglas Manvell．Noise mapping using measured noise and GPS data ［J］ ．Applied Acoustics， 2007， 68 1054- 4061． ［5］Barry T M，Ｒeagan J A． FHWA high way traffic noise prediction model［Ｒ］． Washington DCU． S． Department of Transportation， 1978． ［6］Banerjee D，Chakraborty S K，Bhattacharyya S，et al． uation and analysis of road traffic noise in asansolan industrial town of eastern india［J］． International Journal of Environmental Ｒesearch and Public Health， 2008， 5 3 165- 171． ［7］李本纲， 陶澍． 北京市城市主要交通干线的噪声测量与分析 ［J］． 城市环境与城市生态， 2000， 13 2 11- 13． ［8］张金艳， 张建江， 张朋， 等． 天津市道路交通噪声监测优化布点 研究［J］． 噪声与振动控制， 2006 5 111- 119． ［9］何子军， 周竹渝． 重庆市道路交通噪声现状与改善对策［J］． 重 庆环境科学， 2003， 25 7 39- 49． ［ 10］董庆士， 张萍． 兰州市交通噪声的现状分析及对策［J］． 西北师 范大学学报． 自然科学版， 2003， 39 3 81- 84． ［ 11］丁佳敏， 陈丽梅， 徐劼， 等． 嘉兴市交通噪声污染的分析与防治 建议［J］． 噪声与振动控制， 2013 1 162- 167． ［ 12］周旻． 广州内环路的交通噪声地图［J］． 华南理工大学学报． 自 然科学版， 2007， 35 136- 139． ［ 13］蔡铭， 邹竞芳， 王璐． 广州市道路交通噪声地图的绘制［J］． 环 境工程， 2012， 30 4 60- 62． ［ 14］冼家林， 袁晓梅． 底层架空式临街住区园林交通噪声改善措施 仿真研究［J］． 建筑科学， 2012， 28 6 96- 101． ［ 15］GB 30962008 声环境质量标准［S］． 第一作者 蔡铭 1977 － ， 男， 副教授， 主要从事道路交通噪声研究。 caiming mail． sysu． edu． cn 36 水污染防治 Water Pollution Control