新型一體化生物反應(yīng)器在鄉(xiāng)鎮(zhèn)廢水處理中的設(shè)計(jì)應(yīng)用

龔淑芬

摘?要：控制污染物的排放濃度，防治水質(zhì)污染是我國(guó)水環(huán)境保護(hù)的首要任務(wù)，以及國(guó)家對(duì)污水排放標(biāo)準(zhǔn)的提高，污水處理系統(tǒng)設(shè)備化成為環(huán)保行業(yè)發(fā)展的重要研究方向。針對(duì)鄉(xiāng)鎮(zhèn)生活廢水水質(zhì)水量波動(dòng)大的特點(diǎn)，文中以一種新型的無(wú)動(dòng)力內(nèi)循環(huán)一體化生物反應(yīng)器作為研究對(duì)象，提出該設(shè)備設(shè)計(jì)的要點(diǎn)和對(duì)策，即：包含高效的微生物強(qiáng)化技術(shù)，無(wú)動(dòng)力，內(nèi)循環(huán)，從而達(dá)到降低產(chǎn)品設(shè)備投資和運(yùn)行成本的目的，為新型設(shè)備的研發(fā)和推廣提供依據(jù)，促進(jìn)其產(chǎn)業(yè)化及其在污水處理中的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：無(wú)動(dòng)力;內(nèi)循環(huán);一體化設(shè)備

隨著城鄉(xiāng)一體化的推進(jìn)，農(nóng)業(yè)綜合開發(fā)和鄉(xiāng)鎮(zhèn)企業(yè)對(duì)水資源的利用和規(guī)模日益擴(kuò)大，農(nóng)村水生態(tài)環(huán)境不斷惡化，[1]目前專門針對(duì)農(nóng)村地區(qū)的廢水處理技術(shù)還不夠完善，存在水量分散、基礎(chǔ)建設(shè)成本高等方面的問(wèn)題，一體化污水處理設(shè)備具有預(yù)處理、二級(jí)處理，深度處理等眾多功能，成本低、效率高，較適合農(nóng)村地區(qū)廢水處理。[2]如何選擇適宜的污水處理技術(shù)和設(shè)備對(duì)生活污水進(jìn)行處理已經(jīng)成為鄉(xiāng)村振興，生態(tài)文明建設(shè)的關(guān)鍵問(wèn)題之一。[3]文中針對(duì)農(nóng)村生活污水的水質(zhì)水量波動(dòng)大的特點(diǎn)，論述了一種新型無(wú)動(dòng)力內(nèi)循環(huán)一體化生物反應(yīng)器在鄉(xiāng)鎮(zhèn)污水處理中的設(shè)計(jì)及應(yīng)用，為以后新型、高效設(shè)備的研發(fā)與推廣提供依據(jù)。

1 鄉(xiāng)鎮(zhèn)生活廢水特點(diǎn)

1.1 鄉(xiāng)鎮(zhèn)生活廢水排放特點(diǎn)

鄉(xiāng)鎮(zhèn)生活的居民多數(shù)居住不集中，產(chǎn)生的生活污水較分散，由于排水管網(wǎng)系統(tǒng)建設(shè)不全和經(jīng)濟(jì)薄弱等原因，導(dǎo)致廢水未能完全收集，直接排入地表水體，對(duì)環(huán)境造成危害，間接影響人類健康，而產(chǎn)生的過(guò)度污水排放也由于分散的原因，增加了污水收集處理的實(shí)際工作困難程度。[4]

1.2 鄉(xiāng)鎮(zhèn)生活廢水水質(zhì)水量特點(diǎn)

鄉(xiāng)鎮(zhèn)生活污水一般水量較小，變化幅度大，排水時(shí)間主要集中在早、中、晚，水質(zhì)主要與當(dāng)?shù)氐匦螚l件、經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平以及當(dāng)?shù)厣盍?xí)慣有關(guān)，[5]污水來(lái)源主要為生活廢水，主要包含洗菜、洗碗、廁所等活動(dòng)產(chǎn)生的廢水等，大部分鄉(xiāng)鎮(zhèn)生活廢水的水質(zhì)相差不大，污水的水質(zhì)也相對(duì)較穩(wěn)定，相對(duì)于城市污水，其有機(jī)物、氮、磷等營(yíng)養(yǎng)物含量較高。[6]

2 一體化污水處理設(shè)備現(xiàn)狀概述

一體化污水處理設(shè)備自20世紀(jì)80年代初引進(jìn)我國(guó)以來(lái)，初步形成了以江蘇、浙江兩省為代表的設(shè)備生產(chǎn)制造和工藝開發(fā)企業(yè)，[7]一體化設(shè)備具有占地面積小，相應(yīng)的基礎(chǔ)配套設(shè)施簡(jiǎn)單，采用模塊化組裝設(shè)計(jì)，具有安裝簡(jiǎn)易，運(yùn)輸方便快捷，可實(shí)現(xiàn)全封閉式設(shè)計(jì)，防止氣味的溢出，而且可以先在室內(nèi)進(jìn)行加工運(yùn)輸?shù)浆F(xiàn)場(chǎng)直接組裝，施工不受氣候條件等因素的影響，還可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制及自動(dòng)化設(shè)計(jì)，解決了鄉(xiāng)鎮(zhèn)地區(qū)相關(guān)技術(shù)人員缺失這一問(wèn)題。在河道治理廢水中通過(guò)一體化設(shè)備的處理河道廢水可從劣五類水質(zhì)達(dá)到四類水質(zhì)，并可實(shí)現(xiàn)可移動(dòng)多次現(xiàn)場(chǎng)安裝，可重復(fù)使用。另一方面在工業(yè)處理廢水中，工業(yè)企業(yè)的廢水具有水量小、成分復(fù)雜等特點(diǎn)，大部分采用一體化污水處理設(shè)備的方式對(duì)廢水進(jìn)行處理降解。一體化污水處理設(shè)備廣泛使用在農(nóng)村生活污水的治理中，它具有效率高，占地面積小，投資低、易管理等優(yōu)點(diǎn)。[8]

3 案例分析

3.1 工藝路線分析

安徽省六安市某小鎮(zhèn)為典型山區(qū)地形，水量不能統(tǒng)一收集到市政污水處理廠進(jìn)行處理，所以需要單獨(dú)新建一座污水處理站處理污水。根據(jù)本文作者在現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研情況和政府提供的相關(guān)數(shù)據(jù)，得出該小鎮(zhèn)處理的水量為200t/d，出水要求達(dá)到《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB18918-2002）中的一級(jí)B，進(jìn)出水水質(zhì)具體如下表。

從上表可以看出，污染物指標(biāo)為CODCr、BOD5、SS等，B/C比為0.67，可生化性良好。鑒于水量不大，考慮建設(shè)和維護(hù)的便利性及節(jié)能的要求，污水處理站主體可采用無(wú)動(dòng)力內(nèi)循環(huán)一體化生物反應(yīng)器。污水處理站整體工藝流程主要是：進(jìn)水-格柵渠-調(diào)節(jié)池-無(wú)動(dòng)力內(nèi)循環(huán)一體化生化反應(yīng)器-達(dá)標(biāo)排放。

3.2 新型一體化生物反應(yīng)器設(shè)計(jì)分析

無(wú)動(dòng)力內(nèi)循環(huán)一體化生物反應(yīng)器由缺氧區(qū)、好氧區(qū)、沉淀區(qū)、內(nèi)回流系統(tǒng)組成，缺氧區(qū)內(nèi)布設(shè)懸掛式組合填料，好氧區(qū)內(nèi)布設(shè)MBBR懸浮填料，沉淀區(qū)內(nèi)布設(shè)斜板。該反應(yīng)器利用氣提原理進(jìn)行內(nèi)回流，氣源來(lái)自好氧區(qū)的溢出的曝氣尾氣，通過(guò)好氧區(qū)上方的集氣罩進(jìn)行收集，無(wú)需另外從曝氣管上引入空氣支管，這樣既不會(huì)降低好氧區(qū)曝氣量，也能保證氣提所需空氣量的要求。

3.2.1 污水處理流程分析

該生活廢水通過(guò)水泵提升進(jìn)入無(wú)動(dòng)力內(nèi)循環(huán)生物反應(yīng)器內(nèi)經(jīng)過(guò)物理過(guò)濾、生物吸附、生物降解、固液分離等過(guò)程將污水凈化達(dá)標(biāo)排放，具體的處理過(guò)程如下：

（1）缺氧區(qū)中懸掛式組合填料上生長(zhǎng)有大量兼性微生物的生物膜，生物膜中的反硝化細(xì)菌利用進(jìn)水中有機(jī)物作為碳源，將來(lái)自于內(nèi)回流液中的硝酸鹽還原成氮?dú)猓匀コ鬯锌偟筒糠钟袡C(jī)物;

（2）好氧反MBBR懸浮填料上生長(zhǎng)有大量嗜氧細(xì)菌和硝化細(xì)菌的生物膜，通過(guò)風(fēng)機(jī)曝氣，為生物膜的生長(zhǎng)和繁殖提供氧氣，通過(guò)微生物的好氧代謝作用，嗜氧細(xì)菌將污水中的有機(jī)物降解為二氧化碳和水，硝化細(xì)菌將污水中的氨氮轉(zhuǎn)化為硝酸鹽;

（3）好氧反應(yīng)區(qū)處理后的污水中含有大量微小氣泡，被好氧反應(yīng)區(qū)上部的集氣罩全部收集，通過(guò)集氣罩的隔離脫氣作用，一部分污水經(jīng)過(guò)水縫進(jìn)入沉淀區(qū)，另一部分污水與微小氣泡形成氣液混合物，由于密度比水低，氣液混合物在水壓的作用下通過(guò)集氣罩頂部的提升管進(jìn)入氣水分離池;

（4）氣水分離池中微小氣泡在浮力的作用下從液體中散逸出來(lái)，從而使氣液分離;液體中含有大量硝酸鹽，在重力作用下經(jīng)過(guò)回流管進(jìn)入缺氧反應(yīng)區(qū)底部。

（5）沉淀區(qū)污水利用斜板的淺層沉淀作用進(jìn)行固液分離，污水中懸浮固體沉降于沉淀區(qū)底部污泥斗中，然后間歇排放至貯泥池中;澄清后污水進(jìn)入通過(guò)清水區(qū)進(jìn)入出水堰排放。

3.2.2 設(shè)計(jì)要點(diǎn)分析

本文中的無(wú)動(dòng)力內(nèi)循環(huán)一體化生物反應(yīng)器整體為地上鋼制結(jié)構(gòu)，反應(yīng)器的高度不超過(guò)3m，寬度不超過(guò)2.8m，可以在工廠生產(chǎn)制作好，然后運(yùn)輸?shù)浆F(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行外部管路的連接安裝，施工快捷方便，周期短。

（1）缺氧區(qū)。缺氧區(qū)進(jìn)水方式為穿孔布水管壓力進(jìn)水，以保證布水均勻，并起到一定水力攪拌作用。懸掛式組合填料在水流的作用下隨機(jī)蠕動(dòng)，能夠促進(jìn)生物膜及時(shí)更新，有利于反硝化作用的進(jìn)行。設(shè)計(jì)所選的停留時(shí)間為1h，上升流速為2.5m3/（m2·h）。

（2）好氧區(qū)。好氧區(qū)采用MBBR填料，具有比表面積大、親水性好、生物活性高等優(yōu)點(diǎn)。由于填料密度接近于水，所以在曝氣的時(shí)候，與污水呈完全混合狀態(tài)，微生物生長(zhǎng)的環(huán)境為氣、液、固三相。為保證充足的供氧量和處理效果，好氧區(qū)的選擇氣水比為12∶1，好氧區(qū)的停留時(shí)間選擇6h。

（3）內(nèi)回流系統(tǒng)。好氧區(qū)上方的集氣罩要做成錐形，以利于曝氣尾氣的收集。為確保污水的氣提提升高度，集氣罩頂部到沉淀區(qū)液位的距離和提升管長(zhǎng)度的比值應(yīng)大于3∶4。提升管的出口應(yīng)朝向下方，防止液體濺出。連接氣水分離池的回流管要有一定的斜度，防止管路中污泥淤積。

（4）沉淀區(qū)。為保證沉淀區(qū)沉淀效果，斜板區(qū)域上升流速選擇1.0m3/（m2·h）。斜板斜長(zhǎng)為1m，斜板間隙為80mm。采用多斗排泥方式，以方便沉淀區(qū)整體布局。

3.2.3 設(shè)計(jì)總結(jié)

本次設(shè)計(jì)主要是基于無(wú)動(dòng)力、內(nèi)循環(huán)、高效微生物降解的思路深度處理鄉(xiāng)鎮(zhèn)污水，根據(jù)水質(zhì)水量以及鄉(xiāng)鎮(zhèn)的特點(diǎn)提出設(shè)計(jì)思路和方案，并提出設(shè)計(jì)過(guò)程中的主要設(shè)計(jì)要點(diǎn)，保證水質(zhì)穩(wěn)定達(dá)標(biāo)排放。

4 結(jié)論

傳統(tǒng)的污水處理裝置不僅耗能多，占地面積大，浪費(fèi)的資源較高，[9]不適合長(zhǎng)期的環(huán)保作業(yè)，對(duì)于一些生活污水水量波動(dòng)大、分散收集困難，采用高耗能的污水處理設(shè)施不僅效果不好，浪費(fèi)資源，新型無(wú)動(dòng)力內(nèi)循環(huán)一體化生物反應(yīng)器的開發(fā)為反應(yīng)器設(shè)備化提供了一條切實(shí)可行的新途徑，針對(duì)農(nóng)村水質(zhì)水量波動(dòng)大的特征，無(wú)動(dòng)力內(nèi)循環(huán)一體化生物反應(yīng)器設(shè)備具有占地面積小，能耗低、投資小等優(yōu)勢(shì)具有很好的推廣應(yīng)用作用。

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