生物滯留池處理化糞池出水的試驗(yàn)研究

鄧延慧，王正文，張 弘

(1.江蘇省環(huán)境科學(xué)研究院，江蘇 南京 210036；2.東南大學(xué) 土木工程學(xué)院，江蘇 南京 210096； 3.東南大學(xué)-蒙納士大學(xué)未來城市聯(lián)合研究中心，江蘇 蘇州 215123)

1 引言

由于農(nóng)村污水處理設(shè)施仍不太健全、我國農(nóng)村生活污水(包括禽畜養(yǎng)殖用水、廚房、洗滌及廁所用水)一般被直接排放到化糞池當(dāng)中進(jìn)行處理。對(duì)江蘇、浙江和上海平原地區(qū)農(nóng)村村落的生活污水的調(diào)查表明：其進(jìn)入污水廠處理的比例為2.7%、27.5%和19.8%；進(jìn)入化糞池處理的比例分別為75.9%、58.3%和56.8%[1]?？梢娹r(nóng)村處理生活污水的主要方式仍是化糞池。但是化糞池對(duì)污染物的去除效果不佳，直接排放會(huì)導(dǎo)致一系列的環(huán)境問題，因此對(duì)化糞池出水的進(jìn)一步處理至關(guān)重要。

近年來對(duì)化糞池出水一般采用人工濕地[2]、氧化塘[3]、生物滯留池[4]等方式處理。劉志平[5]和陳桂頂[6]等分別采用了復(fù)合垂直流—水平潛流人工濕地系統(tǒng)和水培蔬菜和人工濕地相結(jié)合的的方式處理化糞池污水，出水水質(zhì)達(dá)一級(jí)A排放標(biāo)準(zhǔn)。張佳琳等[7]采用無動(dòng)力厭氧—人工濕地—氧化塘組合系統(tǒng)處理農(nóng)村污水，出水水質(zhì)穩(wěn)定達(dá)到一級(jí)B標(biāo)準(zhǔn)。Rezaul K. Chowdhury[8]和劉婧文[9]等的研究表明生物滯留池也能顯著提高污水出水水質(zhì)。

然而人工濕地系統(tǒng)容易受季節(jié)氣候影響，氧化塘對(duì)土地面積需求較大，相比而言，生物滯留池占地面積小且受季節(jié)變化影響小[10]。因此，本文采用生物滯留池處理化糞池出水，研究其對(duì)CODcr、氨氮、總氮、總磷、陰離子表面活性劑(LAS)等的去除效果，以期為農(nóng)村化糞池出水的進(jìn)一步處理提供理論依據(jù)和技術(shù)支撐。

2 材料與方法

2.1 試驗(yàn)裝置與方法

試驗(yàn)裝置如圖1所示。生物滯留池長800 mm、寬300 mm、高700 mm、壁厚約1 cm，材質(zhì)為有機(jī)玻璃板。進(jìn)水口和出水口在裝置的兩端，且分別由閥門控制，進(jìn)水口管端與王字形布水管(支管均開8 mm小口)相連。裝置填料分為五層，分別為：布水層：高100 mm、4～8 mm沸石；過濾層：高300 mm，填料為沙子(0.05～2 mm)和細(xì)礫(2～3 mm)的混合層；淹沒層：高200 mm，沙子(1～2 mm)加礫石(4～8 mm)的混合層；過渡層：高50 mm ，4～8 mm礫石；排水層：高50 mm ，8～16 mm卵石；總填充高度為600 mm。集水區(qū)位于填料區(qū)右側(cè)，寬150 mm，用以保證生物滯留池淹沒區(qū)水位高度。污水從生物滯留池體系布水管經(jīng)過進(jìn)入填料區(qū)，最終由集水區(qū)排出[11]。

圖1 生物滯留池裝置設(shè)計(jì)

實(shí)驗(yàn)裝置由蠕動(dòng)泵(由繼電器控制開關(guān))、污水桶、生物滯留池組成。結(jié)合相關(guān)資料與工程經(jīng)驗(yàn)[12]，設(shè)置0.3 m3/(m2·d)、0.7 m3/(m2·d)、1.0 m3/(m2·d)、1.5 m3/(m2·d)四個(gè)水力負(fù)荷運(yùn)行工況。裝置分別在四個(gè)工況下運(yùn)行，運(yùn)行前均需要在相應(yīng)工況下運(yùn)行一段時(shí)間(出水水質(zhì)較為穩(wěn)定后)后采集水樣，然后對(duì)進(jìn)出水水質(zhì)指標(biāo)進(jìn)行檢測和分析。

2.2 試驗(yàn)水樣

實(shí)驗(yàn)室模擬化糞池污水配水方案見表1。

表1 實(shí)驗(yàn)污水配水方案

表2 試運(yùn)行期間各項(xiàng)指標(biāo)平均進(jìn)出水濃度及去除率

2.3 檢測分析方法

試驗(yàn)過程中采集生物滯留池的進(jìn)出水進(jìn)行分析檢測。具體的分析項(xiàng)目和方法見表3。

表3 分析項(xiàng)目及檢測方法

3 結(jié)果與討論

3.1 對(duì)CODcr的去除效能

不同水力負(fù)荷工況下CODcr的平均進(jìn)出水濃度及其去除率見圖2和圖3。

在水力負(fù)荷范圍為0.3～1.5 m3/(m2·d)時(shí)，生物滯留池對(duì)CODcr均有較好的去除效果，其去除率達(dá)到84%以上(圖2、圖3)。出水水質(zhì)在實(shí)驗(yàn)中在一定程度上有所波動(dòng)，但均達(dá)到《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB 18918-2002)一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)(小于50 mg/L)。當(dāng)水力負(fù)荷逐漸增大時(shí)，去除率表現(xiàn)為先上升后下降。當(dāng)水力負(fù)荷為1.0 m3/(m2·d)時(shí)，CODcr去除效率最高，達(dá)到了93.1%；當(dāng)水力負(fù)荷為0.3 m3/(m2·d)和1.5 m3/(m2·d)時(shí)，CODcr去除效率最低，為84%，兩者相差近10%?？梢娚餃舫貙?duì)CODcr的去除效果受水力負(fù)荷影響較大，在合適的水力負(fù)荷下生物滯留池才有最佳處理效果。

圖2 不同負(fù)荷下CODcr平均進(jìn)出水濃度變化曲線

圖3 不同負(fù)荷下CODcr去除率變化曲線

3.2 對(duì)氨氮的去除效能

圖4 不同負(fù)荷下進(jìn)出水濃度變化曲線

圖5 不同負(fù)荷下去除率變化曲線

3.3 對(duì)總氮的去除效能

不同水力負(fù)荷運(yùn)行下TN的進(jìn)出水濃度及其去除率見圖6和7。

圖6 不同負(fù)荷下TN平均進(jìn)出水濃度變化曲線

圖7 不同負(fù)荷下TN去除率變化曲線

在水力負(fù)荷范圍為0.3～1.5 m3/(m2·d)時(shí)，生物滯留池對(duì)TN的去除效果均不佳(圖6、圖7)。當(dāng)水力負(fù)荷增加時(shí)，TN的去除率表現(xiàn)為逐漸下降的趨勢。當(dāng)水力負(fù)荷為0.3 m3/(m2·d)時(shí)，TN去除效率最高，為11%；當(dāng)水力負(fù)荷為1.5 m3/(m2·d)時(shí)，TN去除效率最低，為-1%。最佳平均出水濃度僅為64.5 mg/L。這可能是由于生物滯留池內(nèi)部的好氧環(huán)境更有利于硝化反應(yīng)的發(fā)生，污水從銨態(tài)氮向硝態(tài)氮轉(zhuǎn)化，而反硝化反應(yīng)被限制，硝態(tài)氮留在水中，導(dǎo)致出水TN濃度仍然較高。

3.4 對(duì)總磷的去除效能

不同水力負(fù)荷運(yùn)行下TP的平均進(jìn)出水濃度及其去除率見圖8和圖9。

圖8 不同負(fù)荷下TP平均進(jìn)出水濃度變化曲線

圖9 不同水力負(fù)荷下TP的去除率變化曲線

在水力負(fù)荷范圍為0.3～1.5 m3/(m2·d)時(shí)，生物滯留池對(duì)總磷的去除效果有較大的差異(圖8、圖9)。當(dāng)水力負(fù)荷增加時(shí)，TP的去除率表現(xiàn)為先下降后上升。當(dāng)水力負(fù)荷低于0.3 m3/(m2·d)時(shí)，TP去除效率最高，達(dá)到26.4%；當(dāng)水力負(fù)荷為1.0 m3/(m2·d)時(shí)，TP去除效率最低，為-37%,兩者相差達(dá)到63%?？梢?，生物滯留池對(duì)TP的處理效果受水力負(fù)荷影響較大，在較低水力負(fù)荷下，生物滯留池對(duì)TP的處理效果更佳。

3.5 對(duì)陰離子表面活性劑(LAS)的去除效能

不同水力負(fù)荷工況下LAS的平均進(jìn)出水濃度及其去除率見圖10和圖11。

圖10 不同負(fù)荷下LAS平均進(jìn)出水濃度變化曲線

由圖10和11可知，在水力負(fù)荷范圍為0.3～1.5 m3/(m2·d)時(shí)，生物滯留池對(duì)LAS的去除效果顯著，去除率均超過93%，且出水水質(zhì)達(dá)到城市污水排放一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)(小于0.5 mg/L)。當(dāng)水力負(fù)荷增加時(shí)，LAS的去除率總體表現(xiàn)為先上升后下降。當(dāng)水力負(fù)荷為0.3 m3/(m2·d)時(shí)，LAS去除效率最低，為93%；當(dāng)水力負(fù)荷為0.7 m3/(m2·d)時(shí)，LAS去除效率最高，達(dá)到94.8%。

圖11 不同水力負(fù)荷下LAS去除率的變化曲線

4 結(jié)論

因此，經(jīng)生物滯留池處理后的化糞池出水可被用作農(nóng)村作物灌溉，這為化糞池出水的處理回用提供了可行的途徑。