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ABR与观赏型水生人工联合处理生活污水

发布时间:2021-9-13 11:27:28  中国污水处理工程网

  黑水,粪便污水,其一是指含有粪便物质的生活污水,其二定义是厕所污水,包括冲厕污水和粪便。校园黑水中含有生活污水中大多数有机营养物质。利用厌氧发酵技术虽能使大多数有机物得到有效的降解,同时获得生物质能,但出水水质仍然难以达到直接排放的水平。如果大量未经后续处理的沼液排向城市管网,虽沼液得到初步处理,但沼液中所含氮磷等营养元素不仅造成浪费,更会污染水体环境。如将校园黑水沼液稳定处理后用于绿色校园绿化用水,这更加符合节水型海绵型校园建设理念。既可减轻对市政设施和污水处理厂的压力,又可美化生活环境和节约用水,是一种可持续性发展的污水处理方法。

  ABR反应器是由多个折板将反应器分为多个格室,生活污水在反应器内沿折板上下流动,依次通过各个格室进行厌氧生物处理,具有处理能力大、易于调控、效率高、成本低等优点。ABR反应器内有微生物附着的填料对生活污水中含有的大量悬浮物的过滤作用明显,能有效防止污泥的流失,有利于活性污泥和有机物的积累,既能缩短启动时间,又可以保证反应器在较短水力停留时间及较大水力负荷条件下的稳定运行。此项工艺将污水厌氧消化之后提高了水体的可生化性,产生的沼气也可回收利用实现节能减排的理念,为观赏型水生人工湿地的后续处理提供了必要的前提条件。

  针对校园生活污水分散式的特点,将ABR反应器与观赏型水生人工湿地串联组合工作,ABR反应器处理的沼液再经过水生植物的吸收作用进一步净化水体,最终将处理完达标的水排放至室外排水管网中。力求将此工艺流程建立为一种简单方便、经济有效、管理容易的生活污水生物生态组合处理工艺。

  1、实验

  1.1 实验装置

  试验在盐城工学院希望大道校区内进行,采用“厌氧消化反应———观赏型水生人工湿地”的组合工艺处理校园生活污水,实验装置如图1所示。

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  厌氧单元结构:ABR反应器由PVC板制成,长1.5m、宽0.2m、高1.0m,分成3个单元。最左侧单元距顶部0.1m用横流蠕动泵进水,最右侧单元距顶部0.2m出水。每个单元分一个上向流室和一个下向流室,下向流格室宽度0.1m,上向流格室宽度0.4m,反应器格室挂有弹性填料。在每个单元设置取样口,顶部设置排气管与水封连接,格室沼气产量采用实施气体流量计计量,顶部用三通管连接排气管接通。

  观赏型水生人工湿地结构:种植有绿萝的水槽,长2m、宽0.3m、高0.4m,进口水深35cm,在池底上方2cm处开口作为出水口。ABR反应器出水在经过自由跌水之后进入水槽。水槽水面上方用钢丝网格铺设,格宽15cm,每格格室内种植1~2株绿萝。记录实验初期根茎平均长度为4.5cm。

  1.2 实验水质

  试验所用生活污水直接取自盐城工学院22栋宿舍楼楼下污水井,进水水质如表1所示。

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  1.3 接种污泥

  接种污泥取自盐城城东污水厂二沉池回流污泥,该污泥沉降性能良好。

  1.4 测定项目与方法

  水质分析方法采用《水和废水监测分析方法》,其中COD:重铬酸钾法,污泥悬浮固体浓度(MLSS)采用重量法测定,TP质量浓度:过硫酸钾氧化紫外分光光度法(GB11894-89),TN质量浓度:过硫酸钾氧化紫外分光光度法(GB11894-89)。试验用药品均为分析纯。

  2、结果与讨论

  2.1 实验启动阶段

  2.1.1 改进型ABR反应器启动

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  ABR反应器每个格室的接种污泥MLVSS为30.0g/L,反应初期为保证反应器内微生物的生长,通入人工配水(COD浓度140mg/L),静置10d后启动运行。启动初期,水力停留时间较长,为的是让污泥能更好地接种在弹性填料表面。在前十天内,进水的COD在140mg/L左右,其出水(取样口3)COD在31mg/L左右,反应器3个格室的COD累计去除率达78%。在第十一天,通入要处理的校园生活污水(COD浓度450mg/L),发现出水水质稍有下降,可能是反应器内的微生物菌群仍未能够完好的附着生长。随着时间的推进,反应器中弹性填料富集培养的颗粒污泥的活性越来越强,校园生活污水在通过反应器后,大量难以降解的有机物均被有效去除。由图2所示,校园污水中大部分COD能在ABR反应器内被去除。

  2.1.2 COD去除效果的影响因素

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  为了得到ABR反应器的最佳处理能力,考察水力停留时间(HRT)的改变对COD去除率的影响效果。结果表明:当HRT从24h增加到96h再到120h时,COD去除率有较为直观地上升(见图3),HRT为24h时厌氧COD平均去除率为65.2%,48h时为70.4%,72h时为75.4%,96h时为79.6%,120h时为80.3%。根据实验结果水力停留时间为96h时去除效果为80%左右,当停留时间减少,去除效果下降,当水力停留时间增加到120h时,处理效果没有明显变化。所以最佳水力停留时间确定为96h。

  2.1.3 组合工艺启动阶段

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  图4显示了ABR反应器———观赏型水生人工湿地组合工艺启动初期对校园生活污水中TP的去除效果。初期进水为人工配水,水中TP含量在14~15mg/L左右,经过ABR反应器出水的TP在8~9mg/L,去除率在32%~35%左右,通过水生湿地后,出水的TP下降至1.0mg/L以下,组合工艺对反应器废水中TP的去除率在93%左右。达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918-2002)一级A排放标准。由图可以发现废水中TP大部分是在经过水生植物后被去除的。

  在初秋季观赏型水生人工湿地中绿萝生长茂盛,根系较之前有较为明显增长,大量的微生物在根系富集,为微生物降解提供便利。图5为9月30日绿萝根系电镜照片。

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  图6为ABR反应器———观赏型水生人工湿地组合工艺启动初期对校园生活污水中TN的去除效果。从图6可以看出校园生活污水中TN在经过ABR反应器后降低到12~15mg/L左右,去除率在80%左右,水生人工湿地出水中TN降至5.0mg/L以下,组合系统对TN去除率达到90%以上,达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918-2002)一级A标准。

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  2.2 组合工艺稳定运行阶段

  2.2.1 稳定运行阶段COD去除效果

  在启动稳定期(20~50d)时,出水COD能稳定在80~100mg/L之间,出水去除率在78%以上。在运行中段(33~37d)突然加大进水流量对反应器冲击,但出水水质依旧较为稳定,可见反应器内微生物生长基本稳定且能较好的去除水中杂质。组合工艺出水COD浓度小于50mg/L,去除率在90%以上,达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918-2002)一级A标准。

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  2.2.2 稳定运行阶段TN、TP去除效果

  从启动阶段实验可知,在经过了反应器处理后的污水,水中COD已经有明显的改善效果,但是部分氮磷的处理并未完全达到城镇污水排放标准。为了进一步的改善出水水质以满足该标准,可将反应器内的出水用导管与人工湿地串联起来,再通过水生植物(本实验采用的为绿萝)的吸收以获得理想的效果。水生植物处理方法的特点在于不需要额外在过滤装置内填充石英、砾石等滤料,通过茎秆或根系发达的水生植物形成根系过滤层,将水中悬浮的颗粒杂质过滤去除,并通过植物吸收及微生物呼吸作用将前段处理中难降解的N、P等物质进行后续处理,形成一个由水生植物、水生动物、微生物构成的高效生态净化系统。

  实验稳定运行期间,生活污水日处理量40L,在环境温度为15~18℃条件下,考察人工湿地系统对N、P的去除效果(见表2)。有实验数据可知,在进入水栽处理前的污水在经过反应器处理后有大部分N已被去除在80%左右,然而P的去除率较低不到30%。在经过人工湿地单元后,后续出水的N含量在5.0mg/L左右,P含量在1mg/L左右。由此可见,该组合工艺对有机物降解有很好的效果,能在稳定运行的过程中保证较低COD的同时将水中难降解的P也一并去除,同时具备一定的抗冲击负荷能力。

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  3、结论

  ABR反应器投资少、运行维护方便,更贴近现代绿色环保,节能减排的发展理念,适用于校园、农村、城镇化小区等生活污水的处理。本套系统经过20天的常温驯化后稳定运行,建议HRT为96h,厌氧系统污水COD去除率达到80%。

  将ABR反应器与观赏型水生人工湿地系统串联,对污水进行深度后续的处理,不仅能对水中COD进一步去除,更能将污水中在厌氧阶段难以去除的N、P等无机物有效的降解,组合工艺出水水质满足《城镇污水处理厂污染物排放标准》中一级A标准。(来源:盐城工学院土木学院,江苏中森建筑设计有限公司)

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