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土壤净化床系统处理巢湖农村生活污水应用研究黄治平
第39卷第6期2013年6月水处理技术
TECHNOLOGYOFWATERTREATMENTVol.39No.6Jun.,2013
105
土壤净化床系统处理巢湖农村生活污水应用研究
黄治平1,龚明波2,张克强1,朱昌雄3,杜连柱1,翟中葳1
(1.农业部环境保护科研监测所,天津300191;2.中国农业科学院农业资源与农业区划研究所,北京100081;
3.中国农业科学院农业环境与可持续发展研究所,北京100081)
摘要:
针对巢湖流域农村社区生活污水产生特点和水质特性,研究了土壤净化床对分散厌氧处理后的生活污水的处理效果。
结果表明,土壤净化床能有效去除COD、TN、NH4+-N、TP,COD去除率一般在70%以上,最高能达90%;TN去除率一般在50%以上,最高达到80%;NH4+-N去除率一般稳定在50%~70%;TP去除率一般稳定在60%。
由于温度对COD、TN、NH4+-N、TP的去除为正效应影响,而春节期间温度较低,外出务工人员集中返乡,以及居民饮食结TN、NH4+-N、TP较其他时期高出1倍,导致该期间出水未能达到GB18918-2002一级B标构变化导致进水COD、
准。
从近2年的监测结果分析,要使该工艺技术在巢湖流域农村区域进行推广应用,还须进一步研究该区域春节期间污水水质特征和负荷对土壤净化床运行的影响。
关键词:
农村生活污水;处理模式;土壤净化床;巢湖流域中图分类号:
X703.1
文献标识码:
A
文章编号:
1000-3770(2013)06-0105-004
巢湖流域农村大多采用旱厕,生活污水主要为洗浴和洗衣污水等灰水,部分经济条件较厨房污水、
好的农村地区包括冲厕黑水。
研究表明,巢湖流域农村人均生活污水产生量为26.31L/d,污水中COD约TN、TP、NH4+-N的质量浓度分为800~1200mg/L,
别为20~40、4~6、10mg/L,污水中COD和TN、TP含量在冬、春两季较高,夏、秋两季由于污水日产生量较大而污水中COD和TN、TP含量较低。
其中平均COD四季中冬、春季最高,夏、秋季较低,但四季平均均在500mg/L以上,TP和TN的质量浓度春、冬两季分别高于4mg/L和30mg/L,TP的质量浓度夏、秋两季低于4mg/L,TN的质量浓度夏、秋季平均接近20mg/L。
年产生农村生活污水61.69Mt,通过污水排放的COD、TN、TP分别为44341、1477、187t,成为巢湖水体富营养化的重要贡献来源之一[1-2]。
巢湖流域农村生活污水大多通过雨污合流明渠排放,部分经济发达或新建移民新村,农户居住集中,人口密集,具有较完善的污水收集管网,适于生活污水集中式处理。
对单户或几户建一座化粪池或厌氧池对冲厕黑水和灰水先分散厌氧预处理,厌氧预处理出水统一收集后再进行后续集中处理,能有效降
低污水的后续处理负荷,该模式在土地利用和工程
建设等实践操作中较集中收集、集中厌氧处理生活污水更具有灵活性和经济性[2-3]。
厌氧处理后的生活污水主要应用人工湿地、土壤系统和生态塘等后续生态处理工艺进行深度处理[4-11]。
由于土壤系统主要以饱和区和不饱和区含水层作为物理化学和生物反应的媒介,通过植物吸收、土壤过滤、微生物降解等
N、P和SS等有机和作用,能大大降低污水中COD、
无机物的含量[7-9]。
土壤净化床对厌氧后生活污水可作为污染供体进行有效处理,同时还可以在床体种植农作物对污水作为水肥贡献体进行资源化利用,而不影响正常农业生产,在农村生活污水后续生态处理能很好的应用。
本研究针对巢湖流域具较完善的污水收集管网的农村社区生活污水产生特点和水质特性,结合当地农村经济水平,对居民排放生活污水先分散厌氧,厌氧出水再通过土壤净化床系统进行处理。
该系统启动后对土壤净化床的进出水进行了近2年的连续监测,研究土壤净化床对COD、TN、NH4+-N和TP的去除效果,为巢湖流域农村生活污水工程技术的推广应用提供支持。
收稿日期:
2012-12-27
基金项目:
巢湖水污染治理与富营养化综合控制技术及工程示范(2009ZX07103-002)作者简介:
黄治平(1972-),男,博士,副研究员,从事农村污水处理与资源化研究和农业资源生态研究联系电话:
15822085308;Email:
bjhuangzp@126.com
106
水处理技术第39卷第6期
1材料与方法
1.1工程概况
该工程位于巢湖市居巢区一700余户约3000居民的移民新村,该村用水为自来水,污水收集管网健全,根据该社区基础设施和经济水平,采用“户用污水-分散收集-分散厌氧-沉淀池-调节池-布水系统-土壤净化床-出水”的工艺处理生活污水。
每2~3户建有一处三格式化粪池,污水经过化粪池厌氧处理后集中汇集于沉淀调节池,再通过布水系统进入土壤净化床。
设计用水量为80L/(人·d),污水产生量为70L/(人·d),污水收集系数为0.8,设计中考虑降雨及其他不可预见因素产生的污水量为25m3,污水处理能力为200m3/d;设计进水COD为200~400mg/L,pH为6~9,TN、TP的质量浓度分
<5mg/L;设计出水水质为GB别为25~35、
18918-2002一级B标准[12]。
土壤净化床采用聚乙烯膜和土工布防渗,底层填料为20cm厚碎石,中层为20cm厚粗沙透气填料,
2
上层为40cm厚的原位土,水力负荷0.125m3/(m·d),规格为80m×20m×0.8m,农户在土壤净化床表层土壤中种植油菜、蔬菜等农作物。
土壤净化床平面、布水和集水示意分别见图1和图2。
其他附属设施沉淀池、调节池和出水井规格分别为7.0m×1.6m×2.0m、12.8m×1.6m×2.0m和1.0m×1.0m×1.05m。
图2土壤净化床布水和集水示意
Fig.2WaterdistributionandWatercollectionsketchofsoil
bed
试验时间2010年3月1日-2011年12月1日。
1.2分析方法
TN采用碱性过硫酸钾消解紫外分光光度法测定(GB11894-89);TP采用钼酸铵分光光度法测定(GB11893-89);COD采用重铬酸盐法测定(GB11914-89);NH4+-N采用靛酚蓝比色法测定;温度采用温度计测定;pH采用pH计测定[13-15]。
2结果与讨论
2.1相关性分析
表1为温度与进出水COD和TN、TP、NH4+-N含量及去除率的相关性分析。
由表1可知,进水COD与进水TN、TP含量正相关极显著(p<0.01),与进水NH4+-N含量正相关显著(p<0.05),表明生活污水主要为含氮磷的有机污水。
温度与NH4+-N的去除率正相关极显著(p<0.01),表明温度对NH4+-N的去除有较大影响;而温度与COD、TN和TP的去除率相关性不明显,表明系统运行中温度对COD、TN和TP的去除影响很小。
温度与进出水COD和TN、TP、NH4+-N含量负相关显著(p<0.05),这主要反映了季节性水质的变化,
图1土壤净化床平面
Fig.1Plansketchofsoilbed
表1各指标相关性分析(n=21)
Tab.1Correlationanalysisoftheitems(n=21)
项目
温度COD
温度1
COD
进水
出水
去除率
进水
ρ(NH4+-N)出水
去除率
进水
ρ(TN)出水
去除率
进水
ρ(TP)
出水去除率
进水-0.604**1
出水-0.666**0.680**1去除率0.2320.143-0.589**1
1
0.947**1
-0.567**-0.734**0.767**0.832**-0.719**0.582**0.692**-0.702**
0.2230.0870.202
0.643**0.776**-0.802**
0.735**0.865**-0.653**-0.119-0.1600.001
1
0.933**1-0.038-0.347
进水-0.526*0.4020.705**-0.425
ρ(NH4+-N)出水-0.610**0.515*0.733**-0.330
去除率0.598**-0.559*-0.543*0.109ρ(TN)
进水-0.764**0.778**0.788**-0.189出水-0.751**0.719**0.688**-0.148
0.0200.0570.007去除率0.108
进水-0.530*0.581**0.468*0.083
出水-0.567**0.455*0.601**-0.211去除率0.2040.204-0.1560.384
1
1
0.804**10.145-0.299
ρ(TP)
0.773**0.741**-0.096
0.748**0.699**-0.0020.0380.073-0.272
1
注:
**相关性极显著(p<0.01),*相关性显著(p<0.05)。
黄治平等,土壤净化床系统处理巢湖农村生活污水应用研究温度低的季节由于用水量相对较少,污染物含量较高,而温度高的季节用水量相对多,从而污染物含量低,与孙兴旺的研究一致[1]。
80
107
(TN)/(mgL)
2.2COD的去除
图3为COD去除效果。
35
7030
6025
50
20
40
1530
/%
gL)
/%
1020
50010510035
003040080ÇÆÅÂÇÆÅÂÄÄÄÁÄÄÄÁ25
30060
/
mm20
m
(//D200mO40m15C1010020
5
00mmmmmmm图3COD去除效果
Fig.3CODremovalbysoilbedtreatmentsystem
由图3可知,进水COD变化很大,大部分在130
~300mg/L,出水COD大都稳定在60mg/L以下,去除率一般在70%以上,最高能达90%。
在2010年3月至2010年10月,出水水质波动较大,其中3、4、6和9月份没有达到GB18918-2002一级B标准,这可能系统刚启动运行,而进水水质变化较大,从而影响出水水质。
由表1也可知,进出水COD正相关极显著(p<0.01)。
2010年12月至2011年2月,出水水质严重超标,出水COD达到100~200mg/L,主要是这期间正为12月至春节前后的大型经济鱼类捕捞期间,外出务工人员集中返乡,以及居民饮食结构偏重高脂肪高蛋
白食物,导致污水水量增加和进水水质COD较高,
进水COD大于400mg/L,超过了设计进水水质标准[16];其次土壤净化床对COD的去除主要通过厌氧过程降解,大部分可降解的COD由微生物的降解作用得以去除,只有少部分COD通过填料沉淀和吸附等非生物过程去除,而春节期间外界温度低于10℃,微生物活动受到抑制,影响了系统对COD的去除[17]。
2.3N的去除
图4和图5分别为TN和NH4+-N的去除效果。
由图4可知,2010年3月至12月以及2011年3月至11月期间,进水TN的质量浓度一般在15~35mg/L,出水TN的质量浓度低于20mg/L,达到GB
18918-2002一级B标准,
去除率总体达50%,最高达到80%。
2011年1月至2月由于春节的影响,进水TN含量较高,变化也较大,其中进水TN的质量浓度在40~70mg/L,
高于设计标准,相应出水TN的质量浓度为30~40mg/L,未能达到国标一级B标准。
由于NH4+-N易被土壤吸附,并随后发生硝化或
图4TN去除效果
Fig.4
TNremovalbysoilbedtreatmentsystem
35
)
30
Lg25m(/%
/)N20
-/H15
N(105
ÄÄ
ÄÁÄÄÄ0Á
图5NH4+-N去除效果
Fig.5NH4+-Nremovalbysoilbedtreatmentsystem
被作物吸收,因此土壤净化床系统具有理想的铵态氮去除效果[18]。
由图5可知,2010年3月至10月以及2011年3月至11月期间,进水NH4+-N的质量浓度一般在8~15mg/L,出水NH4+-N的质量浓度低于6mg/L,达到GB18918-2002一级B标准,NH4+-N去除率稳定在50%~70%。
2010年11月至2011年2月出水NH4+-N的质量浓度在10~25mg/L,未能达到GB18918-2002一级B标准,这主要是进水NH4+-N的质量浓度较高,2月份高达35mg/L。
另外,温度对硝化菌和反硝化菌的增殖速度和活性影响较大,由表1也可知,温度与NH4+-N去除率正相关极显著p<0.01),这段时间温度较低,抑制了硝化菌尤其是反硝化菌的活性,从而影响NH4+-N去除效果[17]。
微生物硝化过程中耗氧,无需COD,而反硝化过程主要在厌氧环境产生,需消耗大量的COD[19]。
研究表明,1gNO3--N反硝化生成N至少需要2.875g的COD,完全反硝化1gNO2--N至少需要1.714g的COD。
而NH4+-N可分别通过硝基氮(NO3)途径COD最大值)和亚硝基氮(NO2)途径(即理论需COD最小值)降解,实际NH4+-N对污水反硝化过程所耗COD介于理论最大值和理论最小值之间[20]。
图6为m(C)/m(N)变化情况。
由图6可知,进水m(COD)/m(TN)为5~20,而m(COD)/m(NH4+-N)一般在10~30,
最大达到80,m(C)/m(N)较高,
土壤净化床对TN的去除主要为异((即理论需
108
水处理技术第39卷第6期
TP较其他时期高出1倍,影响了系统运行效果,该期
间出水未能达到GB18918-2002一级B标准。
)
N(m)/C(m00000000--------3692369200010001mmmmmmm图6m(C)/m(N)变化Fig.6variabilityofm(C)/m(N)
氧反硝化,对COD的去除主要为厌氧降解,可为N的反硝化过程提供足够的碳源,反硝化降解氮素过程中消耗部分COD,因此污水中氮的去除率较高,在温度15℃以上,TN和NH4+-N去除率分别能达到50%和60%以上,同时COD去除率一般也在70%以上。
2.4TP的去除
土壤处理系统对P的去除主要通过物理截留、吸附和作物吸收等共同作用得以去除[17]。
图7为TP的去除效果。
35
30
)
L25%
g/m(20
//)PT15(105
0ÄÄÄÁÄÄÄÁ
图7TP去除效果
Fig.7
TPremovalbysoilbedtreatmentsystem
由图7可知,2010年3月至12月及2011年3月至11月,进水TP的质量浓度低于4mg/L,相应出水TP的质量浓度低于1mg/L,TP去除率达60%以上,达到GB18918-2002一级B标准。
而2011年1月至2月春节期间,进水TP的质量浓度达5~6mg/L,高于设计标准,相应出水未能达到GB18918-2002一级B标准。
这主要由于土壤对磷的吸附为吸热反应,温度对磷的吸附为正效应[21],春节期间进水TP含量较高而温度较低,作物生长受到抑制,土壤对磷的吸附减弱,导致出水TP含量较高。
3结论
土壤净化床集中处理分散厌氧预处理后的生活污水,能有效去除污水中COD、TN、NH4+-N、TP。
春节期间温度较低、外出务工人员集中返乡,以及居民饮食结构变化,导致进水COD、TN、NH4+-N、
从近2年的监测结果分析,要使该工艺技术在巢湖流域农村区域进行推广应用,还须进一步加强研究该区域春节期间污水水质特征和负荷对土壤净化床运行的影响。
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APPLICATIONPRACTICEOFROTARYFILTERINWASTEWATERTREATMENTPLANT
ZhouPeng1,LiuWei1,LiChanghui2,HanGuanghui1,LuYuping1,ZhangLiping1
(1.ZhengzhouSewagePurificationCo.Ltd.,450000;2.ZhengzhouZhengbianSewagePurificationCo.Ltd.,451465:
Zhengzhou,China)Abstract:
Inordertoimprovetheeffluentwaterquality,theadvancedtreatmentprocessmainlyincludingrotaryfilter,insteadoftheoriginallydesignedasdirectemissionsof5×104m3/dsecondaryeffluent,wasusedinZhengzhouWulongkouWastewaterTreatmentPlant.Theadvancedtreatmentprocessandthefeatureofrotaryfilterwereintroduced.TheactualoperationresultsshowthattheeffluentwaterqualitymeetsthefirstlevelAcriteriaspecifiedinthedischargestandardofpollutantsformunicipalwastewatertreatmentPlant(GB18918-2002),anditseffectisgood,stableandreliable.Keywords:
wastewatertreatmentplant;rotaryfilter;advancedtreatment
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STUDYONTHESOILBEDSYSTEMINTREATINGTHERURALDOMESTICSEWAGE
INCHAOHULAKEBASINAERA
HuangZhiping1,GongMingbo2,ZhangKeqiang1,ZhuChangxiong3,DuLianzhu1,ZhaiZhongwei1
(1.InstituteofAgro-EnvironmentalProtection,M
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