MFWB工艺强化处理农村生活污水BATA(贝塔)系列
近年来,在农村经济快速发展的同时,农村环境污染问题日渐突出。尤其是未经处理的生活污水的肆意排放,严重污染了农村的水生态环境,威胁农村居民的健康生活。因此,研究新的适合农村生活污水特点的处理工艺,提升农村生活污水的处理效果,对农村水环境的改善具有重要的现实意义。
1、农村生活污水基本特征及常见的处理工艺
1.1 基本特征
据调查和研究显示,不同于工业废水,农村生活污水的排放和水质水量呈现出特有的特征,具体如下:
1)来源较为简单,排放量随时间变化波动明显。农村生活污水主要是农民在日常生活产生的污水,如,厨房污水、洗涤污水、厕所污水和其他混合污水,来源较为简单。同时,由于经济发展水平和生活习惯的差异,农村生活污水排放的时间段较为分散,具有极强的时间分布特征,在早、中、晚3个时间段达到高峰,而在其他时间段极小。
2)每日产量较小,排放范围广且分散。我国农村分布方式呈现小规模聚居、大范围分散的特点,且农村居民的人均用水量低于城市居民,故具有来源分布广泛、排放点分散以及污水排放量较小的特点。此外,不同时间排放的农村生活污水水质差异也较大。
1.2 常见处理工艺
根据我国农村生活污水特点,常见的处理工艺有好氧生物处理和生态处理两种皿。其中,好氧生物处理工艺主要是以活性污泥法和生物膜法为原理,主要有A2/O工艺、生物转盘、曝气生物滤池、膜生物反应器等。生态处理工艺的污染物去除机理为土壤、植物及微生物等,主要有稳定塘、人工湿地和土地渗滤系统。
1.3 运行维护管理模式
根据资料统计及实地调研显示,目前我国农村生活污水主要有属地管理和第三方运维。其中,第三方运维模式具有技术专业性强、市场化程度较高、运维管理制度建设全面等优点。然而,由于农村生活污水处理设施的分散度极高,且数量庞大,运维公司为确保盈利,无法做到专业运维人员高频率地对每个站点进行运维,从而在一定程度上影响了农村生活污水处理站点的处理效果。
2、农村生活污水处理效果提升工艺设计
2.1 强化除污工艺设计原理
在众多农村生活污水处理工艺中,人工湿地的植物系统能有效地将污水中磷进行固定,且兼顾了除磷能力与运维便捷两个因素,故有较强的除磷优势。然而,如果水力负荷过高,传统的人工湿地除磷效果会有明显的下降,且单纯通过扩大湿地面积来提升除磷效果的可行度较低。生物滤池以土壤自净原理为依据,广泛运用于农村生活污水处理中,且具有缓冲容量大,耐冲击负荷能力强,氨氮、COD污染去除效果良好,不产生二次污染等特点,但其除磷效果会逐步下降。
本文根据导致人工湿地污染物去除效率较低的原因,同时基于人工湿地及生物滤池特点进行改进设计,提出一种新型混合流人工湿地-生物过滤复合污水处理工艺(MFWB),以提高农村生活污水的处理效果。工艺具体改进设计如下:
1)采用更高效的功能性填料。为了提升单位湿地面积的污染物去除效率,生物滤池工艺中采用污染物去除效率更高的填料,如,沸石等。
2)增设曝气系统和循环布水系统。该工艺将增设曝气系统,将人工湿地划分为界限清晰的厌氧单元及好氧单元,以进一步提高污水去除效果。同时,将出水以高比例回流垂直布水至填料表层,增加污水中污染物与填料、微生物、植物根系的接触时间,提高填料利用率。通过垂直流和水平流结合以及多次循环,使循环污水中氮分别在两个单元多次发生硝化及反硝化作用,以提高去除率。
3)填料模块化布置。该工艺将设置更多的填料层,同时将填料层表层划分出植物模块和强化除磷填料模块,在后期需要进行植物收割的部分将植物所在的填料同时移除,确保其长期稳定的除磷效果。值得注意的是,植物模块和强化除磷填料模块交错布置,各自分别承担着不同污染物的去除功能。
2.2 MFWB设计结构
根据以上设计原理,本文设计的新型MFWBI艺的结构主要包括5个部分,具体结构示意图见图1。
由图1可知,新型MFWB工艺结构的5个部分二分别为循环储水池、功能填料层(好氧填料层与厌氧填料层)、湿地植物、布水系统和曝气系统。其中,功能填料层为本次新型MFWBI艺的关键结构,除污反应主要发生在其中。具体的除污作用为,好氧填料层下层填料为粒径3mm〜5mm的沸石,起吸附和处理污水中氨氮等作用,上层为交错分布有强化及植物除磷填料模块,主要作用为对污水进行除磷等;厌氧填料层为湿地原有的填料层,主要填料为粒径3cm〜5cm的碎石。布水管布置于填料顶部,由穿孔布水管进行均匀布水。曝气管布置于好氧填料层底部,确保好氧填料层充足的氧气。循环储水池布置在湿地的出水方向。
2.3 MFWB工艺运行方式
由图1可知,本文设计的新型MFWBI艺强化处理农村生活污水的主要步骤为:厌氧处理→好氧处理→厌氧处理。具体运行方式为:进水口-厌氧填料层→循环池→回流泵→人工湿地顶层(均匀布水)→好氧填料层→厌氧填料层→循环多次处理→循环池出口。
3、新型MFWBI艺处理农村生活污水试验
为了验证MFWB工艺的应用效果,本文选择山西晋南某村生活污水处理站点作为试验改造站点,参考《农村生活污水处理设施水污染物排放标准》(DB33/937-2015),探讨其污染物去除效果分析。
3.1 CODcr去除效果分析
站点CODcr平均进水质量浓度为184mg/L,在改造前去除率仅为12.6%,几乎没有去除效果。但进行新型MFWBI艺改造后,采用CODcr快速测定试剂盒(HACH)测得,CODcr总的出水质量浓度为29mg/L,总平均去除率为84.2%,站点对于CODcr的去除效果提升明显,且总去除率较为稳定,一直稳定在80%以上,出水符合《城镇污水处理厂污染物排放标准》的一级A标准。站点CODcr进、出水质量浓度如图2所示。
3.2 TP去除效果分析
站点TP平均进水质量浓度为7.75mg/L,在改造前去除率为14.2%,去除效果较差。但进行新型MFWBI艺改造后,采用过硫酸钾消解-钮铸抗分光光度法测得,TP总的出水质量浓度为2.9mg/L,总平均去除率为62.2%,站点对于TP的去除效果提升明显。值得注意的是,不同于新型MFWBI艺对CODcr的去除,由于进水浓度过高,有效处理面积过小,而MFWBI艺对磷的去除能力是较为固定的,出水仅达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》二级标准。站点进、出水TP质量浓度如图3所示。
3.3 NH3-N去除效果分析
站点NH3-N平均进水质量浓度为68.76mg/L,在改造前去除率为15.6%,去除效果较差。但进行新型MFWB工艺改造后,采用纳氏试剂分光光度法测得,总的出水质量浓度为16.57mg/L,总平均去除率为75.9%,站点对于TP的去除效果提升明显。同时,不同于原有的对农村生活污水中NH3-N的去除工艺,可能是由于出水的大量多次回流,使硝化细菌有充足的时间发生硝化作用,改造后的MFWBI艺受温度和进水浓度的影响较小,对于较高的NH3-N浓度仍保持良好的处理效率,且最终的去除率一直保持较为稳定的状态,出水能达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》二级标准。站点进、出水NHsN质量浓度如图4所示。
3.4 TN去除效果分析
站点TN平均进水质量浓度为69.57mg/L,在改造前去除率为19.6%,去除效果较差。但进行新型MFWB工艺改造后,采用碱性过硫酸钾消解-紫外分光光度法测得,总的出水质量浓度为33.12mg/L,总平均去除率为52.4%,站点对于TP的去除效果提升明显。同时,不同于新型MFWBI艺对农村生活污水中CODcr、TP、NH3-N等的去除,改造后的MFWB工艺对TN去除率低于其他三项指标,也不能保持较为稳定的去除率,出水未能达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》一级标准。究其原因可能是,由于污水在回流后并未完全进入厌氧区,导致反硝化反应进行不充足,且TP进水浓度存在极大的波动等原因。站点进、出水TN质量浓度如图5所示。
4、结论
本文采用MFWB工艺对污染物去除效率较低的人工湿地进行改造,新型MFWBI艺强化处理农村生活污水的主要步骤为:厌氧处理→好氧处理→厌氧处理。总体而言,改造后,CODcr、TP、NH3-N、TN的去除率均得到了大幅度的提升,且出水一直保持在稳定的较低浓度,能达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》二级标准。可见,本文改造具有良好效果,建议在相似工艺的处理站点进行推广。(来源:太原市环境科学研究院)
声明:素材来源于网络如有侵权联系删除。