鄭園文
華匯工程設(shè)計(jì)集團(tuán)股份有限公司杭州博約分公司 浙江 杭州 310011
近年來(lái),我國(guó)農(nóng)村生活污水治理工作已在一些地區(qū)開(kāi)展,并取得了一定的成效,但處理模式的市政化,處理終端工藝的低端化,均對(duì)項(xiàng)目后期運(yùn)維造成較大的困擾;尤其當(dāng)集中式處理終端在處理工藝選擇不當(dāng)時(shí),會(huì)產(chǎn)生生活污水集中式排放,直接造成周邊環(huán)境污染。因此,農(nóng)村生活污水處理工藝的合理選擇,處理設(shè)施運(yùn)行規(guī)模的彈性設(shè)置,都將影響項(xiàng)目的建設(shè)標(biāo)準(zhǔn),進(jìn)而決定項(xiàng)目的合理使用年限。鑒于此,本文主要分析污水生物脫氮除磷技術(shù)于農(nóng)村生活污水處理的適用性,處理設(shè)施模塊化應(yīng)用的具體實(shí)施方式。
在對(duì)長(zhǎng)三角區(qū)域的農(nóng)村生活污水進(jìn)行長(zhǎng)期跟蹤取樣后,完成了典型地區(qū)水質(zhì)檢測(cè)報(bào)告:
表1 長(zhǎng)三角區(qū)域農(nóng)村生活污水水質(zhì)(單位為mg/L)
表2 農(nóng)村污水處理設(shè)施水污染物最高允許排放濃度限值[1,2](單位為mg/L)
農(nóng)村生活污水主要在懸浮物(SS)、化學(xué)需氧量(CODcr)、氨氮(NH3-N)、總磷(以P計(jì))等污染物指標(biāo)上超過(guò)允許排放濃度, SS、有機(jī)物通過(guò)好氧、沉淀、過(guò)濾等常規(guī)處理方法均較易降解,但氨氮、磷等無(wú)機(jī)物則很難在常規(guī)處理方法中降低濃度,且該類無(wú)機(jī)物往往造成水體富營(yíng)養(yǎng)化進(jìn)而惡化水質(zhì),本文主要對(duì)氨氮、磷等無(wú)機(jī)物的去除進(jìn)行分析。
傳統(tǒng)生物脫氮理論:未經(jīng)處理的生活污水中總氮主要為有機(jī)氮和氨氮,有機(jī)氮在氨化細(xì)菌作用下轉(zhuǎn)化為氨氮。生物脫氮第一步為硝化反應(yīng),在好氧條件下將氨氮轉(zhuǎn)化為硝酸鹽氮;第二步為反硝化反應(yīng),在缺氧條件下將硝酸鹽氮還原成氣態(tài)氮,最終逸出大氣。
圖1[4] 生物脫氮反硝化反應(yīng)
傳統(tǒng)生物除磷理論:傳統(tǒng)的生物除磷理論是聚磷菌的攝取和釋放磷原理:在厭氧/好氧交替運(yùn)行條件下馴化出聚磷菌微生物,從外部環(huán)境過(guò)量攝取磷,并以聚合磷的形式貯存在體內(nèi),形成高磷污泥,排出系統(tǒng),達(dá)到除磷效果[3]。生物除磷過(guò)程通常包括厭氧除磷和好氧吸磷兩個(gè)過(guò)程。
圖2[4] 生物除磷過(guò)程
技術(shù)瓶頸:傳統(tǒng)生物脫氮技術(shù)中硝化菌群增殖速度慢,且硝化菌世代時(shí)間長(zhǎng),要維持較高生物濃度需較長(zhǎng)的系統(tǒng)總停留時(shí)間[5],而生物除磷則要求污泥齡及時(shí)排出,否則將發(fā)生磷的重新釋放,降低除磷效果。傳統(tǒng)工藝中的反硝化過(guò)程需要一定量的有機(jī)物,而廢水中的有機(jī)物經(jīng)過(guò)曝氣后被大部分去除,反硝化需要外加碳源。
圖3 缺氧/好氧生物脫氮工藝
工藝特點(diǎn):缺氧-好氧活性污泥脫氮系統(tǒng)中設(shè)內(nèi)循環(huán)系統(tǒng),向前置的反硝化池回流混合液。原污水直接進(jìn)入反硝化池(缺氧池),為缺氧池中內(nèi)循環(huán)混合液(硝化液)的硝態(tài)氮反硝化反應(yīng)提供足夠的碳源[4]。
該系統(tǒng)的主要不足是處理后的出水來(lái)自硝化池,出水中含有一定濃度的硝酸鹽,如沉淀池運(yùn)行不當(dāng),在沉淀池內(nèi)也會(huì)發(fā)生反硝化反應(yīng),使污泥上浮,處理后出水水質(zhì)惡化。
圖4 厭氧/好氧生物除磷工藝
該工藝無(wú)混合液回流影響,厭氧反應(yīng)器能夠保持良好的厭氧狀態(tài)[4];但系統(tǒng)內(nèi)微生物對(duì)磷的吸收有一定的限度,除磷率難進(jìn)一步提高,同時(shí)當(dāng)污泥在沉淀池內(nèi)停留較長(zhǎng)時(shí),容易產(chǎn)生磷的釋放現(xiàn)象。
圖5 同步脫氮除磷工藝
工藝特點(diǎn):在厭氧、缺氧、好氧交替運(yùn)行條件下,絲狀菌無(wú)法大量增殖,基本不存在污泥膨脹,且污泥濃度高;但系統(tǒng)污泥增長(zhǎng)有一定的限度,除磷效果不易再提高,脫氮效果也有限,沉淀池內(nèi)須防止厭氧狀態(tài)和污泥釋磷現(xiàn)象[4]。
基于上述特點(diǎn),本文提出增效脫氮AAO工藝+強(qiáng)化除磷式人工濕地。
圖6 增效脫氮AAO工藝+強(qiáng)化除磷式人工濕地工藝圖
改良工藝是在AAO工藝的基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)。在AAO工藝的O段增置聚氨酯多孔性懸浮填料,可延長(zhǎng)污泥齡,培育世代時(shí)間長(zhǎng)的硝化菌,提高脫氮能力;后置復(fù)式人工濕地,內(nèi)置模塊化高效生物濾料,利用供氧系統(tǒng),強(qiáng)化濾料層生物膜的除磷效果。濕地供氧系統(tǒng)同時(shí)可防止濾料堵塞。布水管與集水管外覆聚氨酯生物填料,增加生物膜可生長(zhǎng)比表面積,進(jìn)一步提高凈化效能。
圖7 功能型布、集水管
3.2.1 增效脫氮AAO機(jī)組的模塊化
AAO工藝主要由厭氧反應(yīng)器、缺氧反應(yīng)器、好氧反應(yīng)器三組完成,三組反應(yīng)器在整體上屬推流式水流流態(tài),同時(shí)又存在混合液回流及污泥回流等混合式水流流態(tài),互相分隔又相互聯(lián)動(dòng),對(duì)回流系統(tǒng)進(jìn)行剝離,可實(shí)現(xiàn)單個(gè)反應(yīng)器的獨(dú)立。
厭氧反應(yīng)器主要生活著聚磷菌,其屬于不動(dòng)桿菌屬、氣單胞菌屬和假單胞菌屬等,只有在無(wú)分子氧且無(wú)氮氧化物氧(NOX)的條件下才能釋放磷。
缺氧反應(yīng)器主要生活著反硝化菌,其屬于異養(yǎng)型兼性厭氧菌,只有在無(wú)分子氧而同時(shí)存在硝酸和亞硝酸離子的條件下才能利用這些離子中的氧進(jìn)行呼吸,使硝酸鹽還原。
好氧反應(yīng)器主要提供硝化菌和聚磷菌好氧環(huán)境。硝化菌是專性好氧菌,只有在有溶解氧的條件下才能增殖,厭氧和缺氧條件都不能增殖;聚磷菌在有溶解氧和氧化態(tài)氮的條件下進(jìn)行有機(jī)物代謝,產(chǎn)生ATP。
反應(yīng)器的獨(dú)立,模塊化的設(shè)置,為工藝菌種創(chuàng)造更有利的生存環(huán)境,更有利于工藝運(yùn)行,保證出水標(biāo)準(zhǔn)。
3.2.2 強(qiáng)化除磷式人工濕地的模塊化
強(qiáng)化除磷式人工濕地主要包括布、集水系統(tǒng),生物濾料系統(tǒng),濕地系統(tǒng),及曝氣系統(tǒng)。
污水與濾料接觸一段時(shí)間后,在其表面形成一層膜狀污泥—生物膜,在膜的表面和一定深度的內(nèi)部生長(zhǎng)繁殖著大量的各類微生物和微型動(dòng)物,在好氧條件下,強(qiáng)化除磷效果。但生物膜在長(zhǎng)期運(yùn)行后,存在老化生物膜脫落,進(jìn)而堵塞濾料、降低出水水質(zhì)的危害,濾料的清洗維護(hù)顯得十分必要,模塊化的設(shè)置將為這項(xiàng)服務(wù)提供可能性,以實(shí)現(xiàn)人工濕地的常態(tài)化養(yǎng)護(hù),保證工藝運(yùn)行的有機(jī)更新。
圖8 人工濕地模塊化生物濾料
填料是生物濾料的主體,應(yīng)具有高強(qiáng)度、耐腐蝕、比表面積大、較大的孔隙率等特征,強(qiáng)化除磷式人工濕地采用高效組合式填料,上層為改性沸石,下層為改性火山巖,具有高效強(qiáng)化處理效果。
圖9 改性沸石
圖10 改性火山巖
農(nóng)村指以從事農(nóng)業(yè)生產(chǎn)為主的勞動(dòng)者聚居的地方,是不同于城市、城鎮(zhèn)而從事農(nóng)業(yè)的人群聚居地,人口呈散落居住。
農(nóng)村同城市相比有其特點(diǎn):①人口稀少,居民點(diǎn)分散;②常住人口與戶籍人口差距較大,按年累計(jì)居住時(shí)間小于60天為非常住人口計(jì)[6],常住與戶籍比總體在1:2;③流動(dòng)人口多的地區(qū),存在時(shí)節(jié)性人口變動(dòng)規(guī)律,且變動(dòng)比例大。
可見(jiàn),農(nóng)村設(shè)施很難按規(guī)劃人口統(tǒng)籌,也不能簡(jiǎn)單復(fù)制市政工程的設(shè)計(jì)參數(shù)。農(nóng)村生活污水處理設(shè)施同樣面對(duì)這個(gè)難題,如何更有效的發(fā)揮設(shè)施效益,更貼切服務(wù)農(nóng)村居民,應(yīng)該得到體現(xiàn),模塊化的應(yīng)用將為這項(xiàng)服務(wù)提供可能。
圖11 模塊化污水處理設(shè)施
采用多套獨(dú)立系統(tǒng)并聯(lián)運(yùn)行的模塊化設(shè)置,可降低設(shè)施的待機(jī)概率,保持設(shè)備的常態(tài)化優(yōu)良運(yùn)行。
村莊人口年平均流動(dòng)變化率小于50%村莊,宜采用兩組污水處理終端交替并聯(lián)運(yùn)行;變化率大于50%的村莊,宜采用三組及以上污水處理終端交替并聯(lián)運(yùn)行。
農(nóng)村生活污水處理主要面對(duì)的是脫氮除磷,AAO工藝在小型化模塊化方向的發(fā)展,將有利于污水處理設(shè)施的布局,有利于農(nóng)村污水處理系統(tǒng)的優(yōu)良運(yùn)行,進(jìn)而提升農(nóng)村人居環(huán)境質(zhì)量,為全面推進(jìn)鄉(xiāng)村振興、加快農(nóng)業(yè)農(nóng)村現(xiàn)代化、建設(shè)美麗中國(guó)提供有力支撐。