生物滯留池處理化糞池出水的試驗研究

鄧延慧，王正文，張 弘

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

1 引言

由于農村污水處理設施仍不太健全、我國農村生活污水(包括禽畜養殖用水、廚房、洗滌及廁所用水)一般被直接排放到化糞池當中進行處理。對江蘇、浙江和上海平原地區農村村落的生活污水的調查表明：其進入污水廠處理的比例為2.7%、27.5%和19.8%；進入化糞池處理的比例分別為75.9%、58.3%和56.8%[1]?？梢娹r村處理生活污水的主要方式仍是化糞池。但是化糞池對污染物的去除效果不佳，直接排放會導致一系列的環境問題，因此對化糞池出水的進一步處理至關重要。

近年來對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]等分別采用了復合垂直流—水平潛流人工濕地系統和水培蔬菜和人工濕地相結合的的方式處理化糞池污水，出水水質達一級A排放標準。張佳琳等[7]采用無動力厭氧—人工濕地—氧化塘組合系統處理農村污水，出水水質穩定達到一級B標準。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。

然而人工濕地系統容易受季節氣候影響，氧化塘對土地面積需求較大，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，以期為農村化糞池出水的進一步處理提供理論依據和技術支撐。

2 材料與方法

2.1 試驗裝置與方法

試驗裝置如圖1所示。生物滯留池長800 mm、寬300 mm、高700 mm、壁厚約1 cm，材質為有機玻璃板。進水口和出水口在裝置的兩端，且分別由閥門控制，進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。集水區位于填料區右側，寬150 mm，用以保證生物滯留池淹沒區水位高度。污水從生物滯留池體系布水管經過進入填料區，最終由集水區排出[11]。

圖1 生物滯留池裝置設計

實驗裝置由蠕動泵(由繼電器控制開關)、污水桶、生物滯留池組成。結合相關資料與工程經驗[12]，設置0.3 m3/(m2·d)、0.7 m3/(m2·d)、1.0 m3/(m2·d)、1.5 m3/(m2·d)四個水力負荷運行工況。裝置分別在四個工況下運行，運行前均需要在相應工況下運行一段時間(出水水質較為穩定后)后采集水樣，然后對進出水水質指標進行檢測和分析。

2.2 試驗水樣

實驗室模擬化糞池污水配水方案見表1。

表1 實驗污水配水方案

表2 試運行期間各項指標平均進出水濃度及去除率

2.3 檢測分析方法

試驗過程中采集生物滯留池的進出水進行分析檢測。具體的分析項目和方法見表3。

表3 分析項目及檢測方法

3 結果與討論

3.1 對CODcr的去除效能

不同水力負荷工況下CODcr的平均進出水濃度及其去除率見圖2和圖3。

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

圖2 不同負荷下CODcr平均進出水濃度變化曲線

圖3 不同負荷下CODcr去除率變化曲線

3.2 對氨氮的去除效能

圖4 不同負荷下進出水濃度變化曲線

圖5 不同負荷下去除率變化曲線

3.3 對總氮的去除效能

不同水力負荷運行下TN的進出水濃度及其去除率見圖6和7。

圖6 不同負荷下TN平均進出水濃度變化曲線

圖7 不同負荷下TN去除率變化曲線

在水力負荷范圍為0.3～1.5 m3/(m2·d)時，生物滯留池對TN的去除效果均不佳(圖6、圖7)。當水力負荷增加時，TN的去除率表現為逐漸下降的趨勢。當水力負荷為0.3 m3/(m2·d)時，TN去除效率最高，為11%；當水力負荷為1.5 m3/(m2·d)時，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部的好氧環境更有利于硝化反應的發生，污水從銨態氮向硝態氮轉化，而反硝化反應被限制，硝態氮留在水中，導致出水TN濃度仍然較高。

3.4 對總磷的去除效能

不同水力負荷運行下TP的平均進出水濃度及其去除率見圖8和圖9。

圖8 不同負荷下TP平均進出水濃度變化曲線

圖9 不同水力負荷下TP的去除率變化曲線

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

3.5 對陰離子表面活性劑(LAS)的去除效能

不同水力負荷工況下LAS的平均進出水濃度及其去除率見圖10和圖11。

圖10 不同負荷下LAS平均進出水濃度變化曲線

由圖10和11可知，在水力負荷范圍為0.3～1.5 m3/(m2·d)時，生物滯留池對LAS的去除效果顯著，去除率均超過93%，且出水水質達到城市污水排放一級A標準(小于0.5 mg/L)。當水力負荷增加時，LAS的去除率總體表現為先上升后下降。當水力負荷為0.3 m3/(m2·d)時，LAS去除效率最低，為93%；當水力負荷為0.7 m3/(m2·d)時，LAS去除效率最高，達到94.8%。

圖11 不同水力負荷下LAS去除率的變化曲線

4 結論

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