小型體化污水處理設(shè)備工藝研究

1、INDUSTRIALWATERWASTEWATER工業(yè)用水與廢水Vol45No1Feb.，2014小型一體化污水處理設(shè)備工藝研究張靜1，侯紅勛1，王淦1，梅鵬星2，樂(lè)成銀3，朱甲華1（1.安徽國(guó)禎環(huán)保節(jié)能科技股份有限公司，合肥230088；2合肥工業(yè)大學(xué)，合肥230601）230009；3安徽建筑大學(xué)，合肥摘要：分析了我國(guó)農(nóng)村和小城鎮(zhèn)污水水質(zhì)、水量的特點(diǎn)，以及目前一體化污水處理設(shè)備在農(nóng)村和小城鎮(zhèn)污水處理中應(yīng)用時(shí)所存在的問(wèn)題。提出了一種小型一體化污水處理設(shè)備（MST），該設(shè)備在工藝上借鑒生物膜法中的生物接觸氧化法和流動(dòng)床工藝，采用模塊化設(shè)計(jì)的理念，將氣提反應(yīng)模塊代替?zhèn)鹘y(tǒng)二沉池。通過(guò)中試試驗(yàn)驗(yàn)證了

2、該設(shè)備具有良好的去除有機(jī)物、氨氮和SS的效果，特別是出水SS的質(zhì)量濃度能夠穩(wěn)定達(dá)到10mgL以下。為我國(guó)農(nóng)村和小城鎮(zhèn)污水處理提供新的解決辦法。關(guān)鍵詞：MST；氣提反應(yīng)模塊；生物膜；模塊化設(shè)計(jì)中圖分類號(hào)：X703.3文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：%10092455（2014）01006005ProcessresearchonminisewagetreatmentintegratedequipmentZHANGJing1，HOUHongxun1，WANGGan1，MEIPengxing2，LEChengyin3，ZHUJiahua1（1.AnhuiGuozhenEnvironmentalProtecti

3、onScienceandTechnologyCo.,Ltd.,Hefei230088,China;2.HefeiUniversityofTechnology,Hefei230009,China;3.AnhuiUniversityofArchitecture,Hefei230601,China）Abstract：ThequalityandquantitycharacteristicsofsewagefromcountrysideandsmalltownsofChinawereanalyzed.Basedontheexistingproblemsofintegratedequipmentstrea

4、tingthatkindofsewage,akindofminisewagetreatmentintegratedequipmentnamedMSTwaspointedout.Adoptingtheprincipleofmodularde-signandlearningfromtheexperiencesofbiologicalcontactoxidationprocessandbiologicalfluidizedbedprocessofbiofilmtechnologyasreferences,theequipmentdesignersusedairliftreactionzonetore

5、placetraditionalsec-ondarysettingtank.Theresultsofthepilotscaletestshowedthat,thesaidequipmenthadgoodremovaleffectonorganicmatters,ammonianitrogenandSS,themassconcentrationofSSintheeffluentwatercouldbestableat10mg/Lorevenlower.Therefore,minisewagetreatmentintegratedequipmentcanbeanovelandfeasiblepro

6、-cessforsewagetreatmentincountrysideandsmalltownsofChina.Keywords：MST;airliftreactionmodule;biofilm;block-baseddesign1概述目前，我國(guó)農(nóng)村和小城鎮(zhèn)的污水無(wú)害化處理設(shè)施建設(shè)得過(guò)少，大部分小城鎮(zhèn)的污水直接排入水體及相關(guān)流域，不僅污染了江河湖泊和地下水，而且對(duì)土壤和大氣也都造成了不良影響，導(dǎo)致潛在的疾病傳播，已成為一個(gè)急需解決的社會(huì)問(wèn)題。同時(shí)，已建污水處理設(shè)施不夠完善，運(yùn)行經(jīng)費(fèi)缺乏，運(yùn)行管理不利。小城鎮(zhèn)污水對(duì)環(huán)境的污染仍在加劇，與我國(guó)經(jīng)濟(jì)蓬勃發(fā)展的大好形勢(shì)極不相稱。2012年張靜，侯紅

7、勛，王淦，等：小型一體化污水處理設(shè)備工藝研究有以下特點(diǎn)：相應(yīng)人口比大中城市的少，工業(yè)產(chǎn)業(yè)相對(duì)簡(jiǎn)單，用水量標(biāo)準(zhǔn)較低，污水處理規(guī)模小；此其出水水質(zhì)多參考GB189182002城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)3中的一級(jí)A排放標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行?，F(xiàn)有一體化設(shè)備在農(nóng)村和小城鎮(zhèn)污水處理應(yīng)用中存在以下工藝技術(shù)問(wèn)題：（1）MBR技術(shù)由于存在微孔過(guò)濾機(jī)理，出水水質(zhì)能夠達(dá)到GB189182002一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)的要求。但存在膜片造價(jià)高、需要定期清洗等問(wèn)題。從造價(jià)和運(yùn)行方面都不適合在農(nóng)村和小城鎮(zhèn)大規(guī)模應(yīng)用。（2）除MBR以外的工藝其出水往往只能達(dá)到由于工業(yè)布局、地理位置以及經(jīng)濟(jì)狀況的差異，污水受雨季影響較大，其用水量時(shí)變化系數(shù)也較大，

8、因此污水水量、水質(zhì)變化大；與大、中城市相比較，農(nóng)村和小城鎮(zhèn)污水主要為生活污水（占50以上），污水中SS濃度較高，特別是一些小城鎮(zhèn)排水系統(tǒng)不完善，大多采用明渠排水，雨水和地下水入滲現(xiàn)象嚴(yán)重，降低了污水中的有機(jī)物濃度；污水水質(zhì)存在以下特點(diǎn)：（CODCr）500mgL，（BOD5）500mgL，（SS）500mgL，色度100倍，含有一定量的氮和磷2，可生化性好。12農(nóng)村和小城鎮(zhèn)污水處理技術(shù)要求由于農(nóng)村和小城鎮(zhèn)人口少，污水處理規(guī)模小，時(shí)變化系數(shù)大，水質(zhì)、水量變化大，因此在選擇處理工藝時(shí)需注意處理效果的穩(wěn)定性。在工藝的選擇上盡量選取低負(fù)荷型、穩(wěn)定性好的處理工藝。適宜農(nóng)村和小城鎮(zhèn)采用的污水處理工藝應(yīng)具備

9、基建投資省、運(yùn)行費(fèi)用低、節(jié)能降耗明顯；處理工藝具有較強(qiáng)的耐沖擊負(fù)荷能力，去除效率高；工藝簡(jiǎn)便靈活、運(yùn)行穩(wěn)定、維護(hù)管理方便，能較好地適應(yīng)現(xiàn)階段達(dá)標(biāo)處理排放要求與未來(lái)考慮進(jìn)行再生利用需要的變化等特點(diǎn)。一體化污水處理設(shè)備是多功能處理工藝的綜合體，具有結(jié)構(gòu)緊湊、施工安裝方便快捷等特點(diǎn)，對(duì)于規(guī)模在100m3d以下的生活污水處理工程是很好的選擇。隨著環(huán)境要求的提高，以及受到管理水平的限制，城鎮(zhèn)小型生活污水處理設(shè)備在強(qiáng)化脫氮除磷效果的同時(shí)，還應(yīng)進(jìn)一步向組裝系列化、密閉性、高效的處理效率方向發(fā)展。GB189182002一級(jí)B標(biāo)準(zhǔn)的要求。（3）對(duì)于MBR以外的工藝，在不增加處理單元的前提下，對(duì)于氮、磷的提標(biāo)可考

10、慮降低負(fù)荷和加藥的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)，但是對(duì)于SS則沒(méi)有有效的處理辦法。因此，從出水一級(jí)B級(jí)標(biāo)準(zhǔn)提升至一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)的主要難點(diǎn)為SS的去除。如何在一級(jí)B標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上，在不增加砂濾或者人工濕地等深度處理單元的前提下實(shí)現(xiàn)出水SS濃度達(dá)標(biāo)是一體化設(shè)備工藝研究的主要問(wèn)題之一。14研究?jī)?nèi)容針對(duì)現(xiàn)有一體化污水處理設(shè)備在農(nóng)村和小城鎮(zhèn)的應(yīng)用中存在的問(wèn)題，提出了一種面向該地區(qū)的小型一體化污水處理設(shè)備（MiniSewageTreatment，簡(jiǎn)稱MST），并進(jìn)行中試試驗(yàn)，對(duì)其進(jìn)行研究。該設(shè)備在工藝上借鑒生物膜法中的生物接觸氧化法和流動(dòng)床工藝，設(shè)備整體分為預(yù)反應(yīng)區(qū)、生化反應(yīng)區(qū)和氣提反應(yīng)區(qū)；并采用模塊化設(shè)計(jì)的理念，將裝置分為外池

11、和內(nèi)部模塊；同時(shí)，采用氣提反應(yīng)模塊代替?zhèn)鹘y(tǒng)二沉池。本研究通過(guò)中試試驗(yàn)驗(yàn)證了其在工藝上具有良好的去除有機(jī)物、氨氮和SS的效果，特別是出水SS的質(zhì)量濃度能夠穩(wěn)定達(dá)到1013一體化設(shè)備的應(yīng)用現(xiàn)狀和存在的問(wèn)題目前我國(guó)環(huán)保市場(chǎng)上所出現(xiàn)的一體化污水處理mgL以下。為我國(guó)農(nóng)村和小城鎮(zhèn)污水處理提供新的解決辦法。裝置多為大型污水處理廠各個(gè)單元工藝的縮小和整合。筆者對(duì)我國(guó)43個(gè)一體化設(shè)備生產(chǎn)廠家進(jìn)行了工藝調(diào)研，結(jié)果顯示：我國(guó)目前生活污水處理的一體化設(shè)備多以生物接觸氧化為主體工藝，其次是膜生物技術(shù)（MBR）。被調(diào)研的設(shè)備廠家中，約2試驗(yàn)部分21試驗(yàn)裝置MST裝置分為外池和內(nèi)置模塊，材質(zhì)均為不銹鋼。外池池壁設(shè)置插板槽

12、，可以改變插板位置從而改變運(yùn)行工況。外池尺寸為450m149m47的廠家采用生物接觸氧化工藝，28采用膜生物反應(yīng)器技術(shù)，16采用生物轉(zhuǎn)盤(pán)等生物膜技術(shù)，9采用SBR等技術(shù)。對(duì)于農(nóng)村和小城鎮(zhèn)的污水處理，由于農(nóng)村和小城鎮(zhèn)污水處理站處理出水一般直接排放到河流，因144m，有效水深為110m，有效容積為738m3，總?cè)莘e為966m3。利用插板將裝置分成預(yù)反應(yīng)區(qū)、生化反應(yīng)區(qū)和氣提反應(yīng)區(qū)3個(gè)區(qū)域。裝置構(gòu)造如圖1所示。61INDUSTRIALWATERWASTEWATER預(yù)反應(yīng)區(qū)進(jìn)水工業(yè)用水與廢水生化反應(yīng)區(qū)氣提反應(yīng)區(qū)Vol45No1Feb.，2014出水MST試驗(yàn)裝置構(gòu)造Fig.1Structureofexp

13、erimentalMSTequipment圖1（1）預(yù)反應(yīng)區(qū)：主要功能為對(duì)原水進(jìn)行預(yù)曝氣和水質(zhì)、水量調(diào)節(jié)，反應(yīng)時(shí)控制溶解氧的質(zhì)量濃度為05mgL，對(duì)原水中的有機(jī)物進(jìn)行水解，同時(shí)對(duì)有機(jī)氮進(jìn)行氨化反應(yīng)。裝置外形尺寸為100m149表1污水廠20102012年平均進(jìn)水水質(zhì)Tab.1Averageinfluentwaterqualityofwastewatertreatmentplantfrom2010to2012mgL-1（CODCr）218.33（BOD5）106.33（SS）138.67（NH3-N）26.09（TN）36.70（TP）3.73m144m，有效水深為110m，有效容積為164m3

14、。內(nèi)部設(shè)置05m3的粒狀柱懸浮填料。設(shè)置穿孔曝氣管1根，孔口直徑2mm，曝氣管長(zhǎng)10m。（2）生化反應(yīng)區(qū)：主要功能為去除有機(jī)物和氨氮。反應(yīng)時(shí)溶解氧的質(zhì)量濃度控制在3mgL。裝置外形尺寸為140m149m144m，有效水深23試驗(yàn)條件裝置采用變負(fù)荷運(yùn)行方式，白天9:0017:00進(jìn)水量為5Lmin，晚上17:00次日9:00進(jìn)水量為3Lmin，旨在確保硝化菌的篩選和生長(zhǎng)。試驗(yàn)時(shí)，沉砂池出水自流入試驗(yàn)裝置。通過(guò)安裝在管路上的閥門(mén)進(jìn)行水量調(diào)節(jié)，確保全天處理能力為53m3d。填料的掛膜采用來(lái)水自然培菌，不進(jìn)行污泥接種。系統(tǒng)不設(shè)污泥回流單元，定期用潛水泵抽吸污泥進(jìn)行排泥。試驗(yàn)時(shí)各功能單元區(qū)的主要參數(shù)如表

15、2所示。預(yù)反應(yīng)區(qū)、生化反應(yīng)區(qū)、氣提反應(yīng)區(qū)的溶解氧質(zhì)量濃度分別為05、30、30mgL。表2進(jìn)水量（Lmin1）進(jìn)水時(shí)間h110m，有效容積為229m3。內(nèi)設(shè)懸浮反應(yīng)模塊1個(gè)，模塊下部設(shè)置管式曝氣器（L63mm500mm）3根。內(nèi)設(shè)06m3的粒狀柱懸浮填料（H25mm12mm）。（3）氣提反應(yīng)區(qū)：主要功能為進(jìn)一步去除有機(jī)物和氨氮，同時(shí)進(jìn)行固液分離。反應(yīng)時(shí)溶解氧的質(zhì)量濃度控制在3mgL。裝置外形尺寸為210m149m144m，有效水深為110m，有效容積為344m3。內(nèi)部設(shè)置一氣提反應(yīng)模塊，其外形尺寸為173m125m115m，氣提反應(yīng)模塊出水側(cè)設(shè)置一段45的斜坡以便污泥滑落；氣提反應(yīng)模塊內(nèi)部設(shè)置

16、填料，填料的有效容積為15m3，填充高度為07m，模塊內(nèi)部設(shè)置空氣提升曝氣器1個(gè)，空氣提升器距離池底03m，由空氣管、揚(yáng)水管、濺水盤(pán)、導(dǎo)流板等組成。裝置所配備風(fēng)機(jī)額定風(fēng)量為112m3min，額定功率為15kW。進(jìn)水流量和系統(tǒng)風(fēng)量通過(guò)管路上閥門(mén)調(diào)節(jié)。裝置底部設(shè)置放空管。各功能單元區(qū)的主要參數(shù)停留時(shí)間h預(yù)反應(yīng)區(qū)生化反應(yīng)區(qū)氣提反應(yīng)區(qū)Tab.2Mainparametersofeachunit538163結(jié)果與討論試驗(yàn)日期為2013年7月24日8月31日。MST裝置在進(jìn)水量分別為5Lmin和3Lmin時(shí)，進(jìn)、出水CODCr、NH3N、SS及其去除率情況分別如圖2圖7所示。在進(jìn)水量分別為5Lmin和322

17、試驗(yàn)用水合肥市經(jīng)開(kāi)區(qū)污水廠20102012年連續(xù)3年的平均進(jìn)水水質(zhì)如表1所示。從表1可看出該廠進(jìn)水水質(zhì)符合農(nóng)村生活污水水質(zhì)的特點(diǎn)，采用合肥市經(jīng)開(kāi)區(qū)污水廠的進(jìn)水進(jìn)行中試試驗(yàn)是可行的。Lmin時(shí)，MST裝置的污染物的平均進(jìn)、出水濃度及其去除率如表3所示。在進(jìn)水CODCr、NH3-N、SS的平均質(zhì)量濃度分別為223、20.6、195.8mgL的情況下，對(duì)應(yīng)的出水平均質(zhì)量濃度分別為42、8.93、8.6mgL，平均張靜，侯紅勛，王淦，等：小型一體化污水處理設(shè)備工藝研究500（CODCr）（mgL1）（NH3-N）（mgL1）10080去除率%403020100去除率%去除率%去除率%400300200

18、1000604020007-2207-2708-0608-3107-2207-2708-0608-0108-1108-1608-2108-2608-0108-1108-1608-21日期月日日期月-日?qǐng)D2進(jìn)水量為5Lmin時(shí)CODCr的去除效果圖3進(jìn)水量為5Lmin時(shí)NH3-N的去除效果Fig.2RemovaleffectofCODCrwheninfluentflowis5Lmin500（SS）（mgL1）Fig.3RemovaleffectofNH3-Nwheninfluentflowis5Lmin500L1）（CODCr）（mg去除率%08-2608-2740030020010004003

19、00200100007-2607-3008-2308-0708-1507-2207-2708-0608-0108-1108-1608-21日期月-日08-2608-3108-03日期月-日?qǐng)D4進(jìn)水量為5Lmin時(shí)SS的去除效果圖5進(jìn)水量為3Lmin時(shí)CODCr的去除效果Fig.4RemovaleffectofSSwheninfluentflowis5Lmin2520151050Fig.5RemovaleffectofCODCrwheninfluentflowis3Lmin500（SS）（mgL1）（NH3-N）（mgL1）去除率%08-1108-1908-3140030020010007-24

20、07-2707-3008-0208-0508-0808-1108-1408-1708-2008-2308-2608-2909-01日期月-日?qǐng)D6進(jìn)水量為3Lmin時(shí)NH3-N的去除效果圖7Fig.6RemovaleffectofNH3-Nwheninfluentflowis3Lmin表3進(jìn)水量（Lmin1）進(jìn)水時(shí)間h（CODCr）（mgL1）進(jìn)水出水Fig.7RemovaleffectofSSwheninfluentflowis3Lmin污染物去除率情況（SS）（mgL1）進(jìn)水出水去除率Tab.3Pollutantsremovalrates（NH3-N）（mgL1）進(jìn)水出水5381624120

21、85928198194去除率分別達(dá)到81.2%、56.7%、95.6%。其中平均出水CODCr和SS滿足GB189182002城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)中的一級(jí)A排放標(biāo)準(zhǔn)的要求。NH3-N的濃度接近一級(jí)B標(biāo)準(zhǔn)的要求。全天平均CODCr填料負(fù)荷為04kgCODCr（m3填料d）。MST一體化設(shè)備產(chǎn)泥量少，基本上半年排1次泥。MST的出水SS濃度優(yōu)于同類的活性污泥法。這是因?yàn)椋篗ST工藝借鑒了生物膜法中的生物接觸氧化和流化床工藝，對(duì)于生物膜法本身不需要進(jìn)行污泥回流，混合液懸浮物濃度低；由于生物07-2407-2707-3008-0208-0508-0808-1108-1408-1708-2008

22、-2308-2608-2909-01日期月-日進(jìn)水量為3Lmin時(shí)SS的去除效果63INDUSTRIALWATERWASTEWATER工業(yè)用水與廢水Vol45No1Feb.，2014膜上微生物的生物鏈長(zhǎng)，產(chǎn)泥量較少，剩余污泥為脫落的老化生物膜，含水率低，沉降性能好；生化反應(yīng)區(qū)與氣提反應(yīng)區(qū)之間設(shè)有擋板將2個(gè)區(qū)域分開(kāi)，生化反應(yīng)區(qū)的進(jìn)水從上部溢流進(jìn)入氣提反應(yīng)區(qū)，生化反應(yīng)區(qū)的曝氣攪拌不會(huì)對(duì)氣提反應(yīng)區(qū)底部沉積的污泥產(chǎn)生擾動(dòng)，而氣提反應(yīng)模塊從下部進(jìn)水，在污水流動(dòng)的過(guò)程中，一部分脫落的生物膜會(huì)沉淀到氣提反應(yīng)區(qū)下部；氣提提升是利用氣水混合物的密度比水輕，在密度差的作用下將污水提升，在升液管中，液體的流動(dòng)是一個(gè)

23、上向流，上向流運(yùn)動(dòng)過(guò)程有利于污泥的沉淀；空氣提升器距離池子底部03m，這個(gè)高度可以儲(chǔ)存一部分污泥，保證氣提提升不對(duì)底部沉積的污泥產(chǎn)生擾動(dòng)。往難以達(dá)到GB189182002一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)的要求，達(dá)到此標(biāo)準(zhǔn)往往需增設(shè)砂濾單元。MST一體化污水處理裝置在不設(shè)置二沉池的前提下，出水SS的濃度仍能優(yōu)于GB189182002一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)的要求，不需另外設(shè)置砂濾單元，造價(jià)低，整體運(yùn)行維護(hù)方便。（4）試驗(yàn)中，出水的氨氮濃度基本滿足GB189182002一級(jí)B標(biāo)準(zhǔn)的要求，處理效果仍有待提高。MST一體化設(shè)備與其它工藝組合可提供更優(yōu)質(zhì)的出水。參考文獻(xiàn)：1劉俊新村鎮(zhèn)污水特征與處理技術(shù)A第三屆中國(guó)農(nóng)村和小城鎮(zhèn)水環(huán)境治理論壇

24、會(huì)刊C北京：中國(guó)國(guó)際貿(mào)易促進(jìn)委員會(huì)建設(shè)行業(yè)分會(huì)，20132中華人民共和國(guó)住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部關(guān)于印發(fā)分地區(qū)農(nóng)村生活4結(jié)論（1）MST一體化污水處理設(shè)備利用氣提反應(yīng)模塊代替二沉池，在工藝流程中不設(shè)置二沉池，具有一定的可行性。（2）利用氣提法代替二沉池只能應(yīng)用于生物膜工藝，同時(shí)要保證氣提反應(yīng)區(qū)底部的污泥不被擾動(dòng)，否則會(huì)造成填料堵塞，空氣提升器距離池子底部必須有一定的高度，同時(shí)氣提反應(yīng)區(qū)與生化反應(yīng)區(qū)應(yīng)采用擋板隔開(kāi)，進(jìn)水為上部溢流進(jìn)入。（3）常規(guī)一體化污水處理裝置出水SS濃度往3GB189182002，城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)S作者簡(jiǎn)介：張靜（1982），女，安徽濉溪人，工程師，碩士，主要從事農(nóng)村和小城鎮(zhèn)污水處理工藝及關(guān)鍵設(shè)備的研究，（電話電子信箱）zhangjing6212。收稿日期：2013-12-17（修回稿）!（上接第59頁(yè)）見(jiàn)光區(qū)域有較強(qiáng)響應(yīng)。（3）在LaSTiO2催化劑的投加量為10gL，電子受體H2O2的投加量為5mLL，反應(yīng)時(shí)間為福州大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2001，29（6）：1041145OkteAN，ResatMS，InelYQuantumyieldsandrela