隨著經(jīng)濟的發(fā)展和農(nóng)村城鎮(zhèn)化建設的推進，自來水、馬桶、淋浴以及整體廚房等城市化設施在農(nóng)村逐漸普及，導致農(nóng)村用水習慣發(fā)生顯著變化，用水量增加，污水排放量也隨之增加。但多數(shù)農(nóng)村地區(qū)基礎配套設施不齊全，缺乏污水收集和處理的環(huán)保設施，帶來了嚴重的環(huán)境污染和公共衛(wèi)生安全問題，引起社會的廣泛關注。如何結(jié)合農(nóng)村經(jīng)濟、技術情況，對農(nóng)村污水實施有效處理，是十分必要的。
近年來，政府加大了農(nóng)村水環(huán)境治理投入，建設了一批集中式污水處理廠和農(nóng)村分散式污水處理站。但面對占全國總面積近90%，占全國總?cè)丝诩s50%的農(nóng)村地區(qū)，從財力上來說無法解決%而已建成的大部分農(nóng)村污水處理站，由于農(nóng)村基層缺乏運行管理技術、經(jīng)驗和專業(yè)技術人員，長期無法正常運行或閑置，造成了環(huán)境污染和國有資產(chǎn)的損失。因此，結(jié)合農(nóng)村地區(qū)實際情況，研發(fā)適宜農(nóng)村污水處理的一體化裝置，對我國農(nóng)村環(huán)境污染治理具有深遠的意義。
針對我國農(nóng)村家庭相對分散，沒有污水收集管網(wǎng)或地勢比較復雜污水難以收集的地區(qū)，在前期研究的基礎上，改進完善了一款以農(nóng)村家庭為處理單元的一體式污水處理裝置一填料生物轉(zhuǎn)盤%并研究了該裝置在農(nóng)村家庭生活污水的處理效果，為實現(xiàn)農(nóng)村家庭污水分散處理提供技術參考。
一、實驗部分
1.1 填料生物轉(zhuǎn)盤
實驗設計的填料生物轉(zhuǎn)盤裝置由池體、填料轉(zhuǎn)盤和電機組成，如圖1所示。池體為半圓柱體，池體分為三個部分：厭氧區(qū)、好氧區(qū)和沉淀區(qū)，為典型的A/O工藝。
池體直徑0.6m，長1.6m，有效容積約0.22m3，其中厭氧區(qū)長度0.3m，好氧區(qū)長度1.1m，沉淀區(qū)長度0.2m，設計處理規(guī)模為0.3m3/d(3-4人/戶)。填料生物轉(zhuǎn)盤裝置厭氧區(qū)和好氧區(qū)設有填料轉(zhuǎn)盤，厭氧區(qū)填料轉(zhuǎn)盤直徑為0.2m，長0.25m，填料為φIOmm的輕質(zhì)多面空心球生物填料，完全浸沒水面下。好氧區(qū)填料轉(zhuǎn)盤直徑為0.5m，長0.9m，填料為φ20m的輕質(zhì)多面空心球生物填料。填料裝填高度為轉(zhuǎn)盤直徑0.75倍，以防止填料結(jié)塊、便于老化生物膜的脫落和空氣傳質(zhì)。沉淀區(qū)內(nèi)置填料高度0.2m，填料為粒徑3〜5mm的活性碳顆粒，底部設有排泥口，重力排泥。
農(nóng)村家庭的生活污水通過家庭化糞池收集，經(jīng)懦動泵泵入?yún)捬鯀^(qū)，在厭氧微生物的作用下，進行污染物的初步降解。厭氧出水溢流進入好氧區(qū)，在好氧區(qū)生物膜的作用下，污染物進行碳化、硝化反應，得到充分降解，降解后的出水經(jīng)過沉淀區(qū)沉淀和濾料過濾處理后，一部分回流到蠕動泵進水口，一部分排放，水中脫落的生物膜沉淀到沉淀區(qū)底部定期排放到化糞池;排放的同時，依靠重力流完成濾料的反洗。
在厭氧和好氧區(qū)中設有填料轉(zhuǎn)盤，由電機帶動旋轉(zhuǎn)進行厭氧區(qū)的攪拌和好氧區(qū)的機械曝氣，以節(jié)約能耗，降低運行成本。裝填的輕型生物填料作為生物膜固著介質(zhì)，以形成較大的生物附著表面。為了便于運行管理，裝置運行的動力 >
1.2 實驗水質(zhì)
實驗研究于2017年4月在秦皇島市盧龍縣董家略一戶農(nóng)家進行，該農(nóng)戶居住人口4人，家中設有化糞池，其廚房、洗手間及院內(nèi)洗衣等產(chǎn)生的廢水都進入化糞池，通過前期分析測試，平均廢水量為0.24m3/d，廢水COD為160〜260mg/L。NIV-N質(zhì)量濃度為16.8〜23.6mg/L。TN質(zhì)量濃度為24.2〜32.5mg/L。TP質(zhì)量濃度為1.5〜4.8mg/L。pH為7〜8。
1.3 裝置啟動和運行
填料生物轉(zhuǎn)盤裝置生物膜的培養(yǎng)采用間接掛膜法，接種污泥取自秦皇島市某污水處理廠剩余污泥，和生活污水4：1比例混勻后，泵入到填料生物轉(zhuǎn)盤的厭氧區(qū)和好氧區(qū)，啟動填料裝盤，以2r/min轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)進行悶曝培養(yǎng)，24h后關閉轉(zhuǎn)盤沉淀2h，排掉上清液，泵入新鮮生活污水，再啟動轉(zhuǎn)盤悶曝培養(yǎng)，重復上述操作，7天左右轉(zhuǎn)盤的框架和填料表面掛上一薄層灰色生物膜，沉淀排放掉底部污泥，改為小水量連續(xù)進水，進行動態(tài)培養(yǎng)，并逐漸加大流量，大概20天左右，填料上的膜明顯變厚，觸摸柔滑，有粘性，鏡檢出現(xiàn)輪蟲和線蟲，表明生物膜培養(yǎng)成熟，調(diào)節(jié)流量為設計流量運行。
1.4 分析項目與方法
COD、NH4+-N、TN、TP常規(guī)水質(zhì)指標采用連華科技多功能水質(zhì)分析儀，按照國家環(huán)境保護部頒布的相應標準方法測定。pH和DO采用哈希便攜式pH計和溶解氧儀測定。
二、結(jié)果與討論
2.1 COD的處理效果
填料生物轉(zhuǎn)盤裝置在生物膜培養(yǎng)階段即掛膜啟動階段COD的變化和去除效果如圖2所示。
由圖2可知，填料生物轉(zhuǎn)盤啟動階段進水COD在170〜250mg/L，培養(yǎng)初期系統(tǒng)COD的去除率達23.6%，這是投加的活性污泥菌種的吸附作用，隨著投加的活性污泥在系統(tǒng)里的適應并在填料上附著生長，COD的去除率穩(wěn)步上升，培養(yǎng)7—8天時COD的去除率就穩(wěn)定在50%以上，轉(zhuǎn)盤的框架和填料表面掛上一薄層淺灰色生物膜如圖3(a)所示，系統(tǒng)改為小流量連續(xù)進水，第9、10天COD的去除率略有下降，主要有兩方面原因：一方面為減少活性污泥跟生物膜的競爭，排放了底部的活性污泥，導致處理效果下降。另一方面系統(tǒng)小流量進水，開始階段池內(nèi)有機物較少，影響了生物膜對有機物的降解M。隨著流量的增加和系統(tǒng)微生物對連續(xù)進水的適應，COD去除率持續(xù)增加，20天左右穩(wěn)定在75%以上。轉(zhuǎn)盤的框架和填料表面的灰色生物膜明顯增厚如圖3(b)所示，出水COD穩(wěn)定在50mg/L以下，表明填料生物轉(zhuǎn)盤掛膜完成。整個掛膜周期持續(xù)20天，較一般生物濾池掛膜周期長，主要原因：一方面4月份秦皇島地區(qū)溫度較低，早晚溫差較大，另一方面填料在轉(zhuǎn)盤內(nèi)隨轉(zhuǎn)盤旋轉(zhuǎn)運動，較靜止填料吸附掛膜要慢。
2.2 NH4+-N的處理效果
填料生物轉(zhuǎn)盤生物膜培養(yǎng)階段NH/-N的變化和去除效果如圖4所示。
由圖4可知，掛膜啟動后，填料生物轉(zhuǎn)盤運行的前6d，對NH/-N的去除率較低，平均不足8%，且增長緩慢，主要因為在掛膜初期，細菌在轉(zhuǎn)盤的填料上附著不穩(wěn)定，易隨轉(zhuǎn)盤旋轉(zhuǎn)而脫離;同時，硝化菌為自養(yǎng)型細菌，生長增值速度較降解有機物的異養(yǎng)菌慢，與異養(yǎng)菌爭奪碳源和溶解氧處于劣勢，影響著硝化反應的進行，需要更長的時間在轉(zhuǎn)盤填料表面附著與適應。6天后，NH/-N的去除率快速增加，16天左右去除率達到81%，表明這一階段硝化菌適應了新環(huán)境后開始大量的生長和繁殖，與異養(yǎng)菌的競爭劣勢減弱。20天左右，去除率穩(wěn)定在85%以上，且運行穩(wěn)定。
2.3 TN的處理效果
污水中總氮的去除是通過微生物的同化作用和反硝化作用完成的，其中同化作用對TN的去除較少，反硝化作用是去除總氮的主要過程。而反硝化脫氮需要好氧區(qū)產(chǎn)生的硝酸鹽，在系統(tǒng)啟動初期，填料生物轉(zhuǎn)盤的生物膜未形成，好氧區(qū)混合液中硝酸鹽產(chǎn)生較少，因此啟動初期未進行硝化液回流，也未進行總氮的測定。此次實驗在生物膜培養(yǎng)20d時，開始硝化液回流(重力回流至泵進水口)，回流比為150%，測定TN的變化和去除效果如圖5所示。
由圖5可知，在混合液回流比為150%的條件下，運行第2天，TN的去除率即達到36.3%，表明前20天的掛膜，厭氧區(qū)的填料中已有反硝化細菌生物膜，回流后，為反硝化菌的脫氮創(chuàng)造了有利的條件。之后，TN的去除率逐步上升，脫氮試驗運行第5天，TN去除率就穩(wěn)定在60%以上，表明厭氧區(qū)生物轉(zhuǎn)盤為反硝化菌提供了良好的生長環(huán)境，促進了反硝化菌的快速生長和繁殖。
2.4 系統(tǒng)穩(wěn)定運行的處理效果
填料生物轉(zhuǎn)盤生物膜培養(yǎng)完成后系統(tǒng)進入正常運行階段，2017年5—11月份之間系統(tǒng)運行效果見表1，進水水質(zhì)、出水水質(zhì)為測定期間的平均值。
由表1可知，填料生物轉(zhuǎn)盤在運行期間(5—11月)運行較為穩(wěn)定，COD、氨氮、總氮和總磷去除效率分別穩(wěn)定在75%、85%、65%和75%以上，出水水質(zhì)的COD、氨氮、總氮優(yōu)F城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標準(GB18918—2002)—級A標準，總磷達到一級B標準。11月份處理效果略低于其他月份，這是由于氣溫降低，填料轉(zhuǎn)盤上生物膜的生物酶的活性減弱，降解速率減慢，導致污染物去除效果下降。因此冬天該裝置的運行，需要考慮采用加外罩或放置室內(nèi)等保溫措施。
2.5 裝置運行管理
由于農(nóng)村家庭污水水量少，裝置設計采用的進水泵為蠕動泵，泵與污水無直接接觸，不存在泵的堵塞、腐蝕等問題，僅需要定期檢查泵的蠕動管，發(fā)現(xiàn)泵管損壞，自行更換即可。除了泵之外，該裝置還有一個動力設備減速電機，基本不需要維護。工藝上裝置采用生物膜法，不存在活性污泥法中的污泥膨脹等技術性問題，不需要專業(yè)技術人員運行維護。運行過程中，沉淀區(qū)的污泥需定期打開排泥閥，排放到化糞池，排放底部污泥的同時，沉淀池中的填料同時得到反沖洗，一般冬天10-15天/次，夏季3-5天/次，每次沉淀區(qū)中水排完為止。整個運行過程簡單，不需要專業(yè)技術人員。
三、結(jié)論
1)填料生物轉(zhuǎn)盤裝置能夠?qū)崿F(xiàn)農(nóng)村家庭污水污染物的處理，且結(jié)構(gòu)緊湊，占地面積小、不需要專業(yè)人員維護，易于用戶運行管理，適用于村鎮(zhèn)家庭分散式生活污水的處理。
2)填料生物轉(zhuǎn)盤裝置穩(wěn)定運行后，對污水中的COD、氨氮、總氮和總磷具有較好的去除效果，出水水質(zhì)穩(wěn)定。出水COD、氨氮和總氮優(yōu)于GB18918—2002—級A出水標準，TP能夠達到GB18918—2002—級B出水標準要求。（ >
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