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浙江省農(nóng)村生活污水一體化處理設施應用現(xiàn)狀與典型工藝研究

2022-02-14 01:42:44唐占譜胡前亮肖玉笛曲云鵬
低碳世界 2022年10期
關鍵詞:主體工藝農(nóng)村

唐占譜,何 芳,胡前亮,肖玉笛,曲云鵬

(1.浙江省建設工程質(zhì)量檢驗站有限公司,浙江 杭州 310007;2.浙江建科節(jié)能環(huán)保科技有限公司,浙江 杭州 310007)

1 浙江省農(nóng)村生活污水處理設施建設現(xiàn)狀

2014年以來,在“美麗鄉(xiāng)村”建設理念的推動下,浙江省率先提出全面治理農(nóng)村生活污水,每年浙江省都有新政策出臺,對農(nóng)村生活污水進行多面性、持續(xù)性的管控治理,浙江省農(nóng)村生活污水治理水平在近年得到顯著提升。根據(jù)浙江省農(nóng)村生活污水治理監(jiān)管平臺數(shù)據(jù)統(tǒng)計,截至目前,全省已建有處理設施的行政村數(shù)為15 525個,污水處理設施共57 381座,運維管理單位123家。其中已建成一體化集中處理設施47 712座,處理設施總設計日處理能力為1 449 179.7 t,行政村處理設施覆蓋率為93.2%,農(nóng)村生活污水治理行政村出水水質(zhì)達標率為84.1%。

全省約40 000座一體化集中處理設施中,主要由“活性污泥法衍生工藝”“生物膜處理工藝”“其他一體化組合工藝”3種工藝模式組成,其中活性污泥法衍生工藝占比達52.16%,生物膜處理工藝占比達35.50%,其他一體化組合工藝占比達12.34%。

2 浙江省農(nóng)村生活污水特點及典型處理工藝

農(nóng)村生活污水具有排放點分散、水量小、時段性和季節(jié)性強等特點,污水中氮、磷濃度高且含有大量的營養(yǎng)鹽、細菌和病毒[1-2],農(nóng)村生活污水若得不到有效治理,將會影響村鎮(zhèn)飲用水安全,造成土壤肥力下降,糧食產(chǎn)量降低,也會對地下水、湖泊、流域的水質(zhì)產(chǎn)生影響[3-5]。因此,采用具有先進性、適用性、有效性的污水處理工藝是解決農(nóng)村生活污水問題的關鍵。通過分析活性污泥法衍生工藝中的典型工藝“厭氧-缺氧-好氧法(anaerobicˉanoxicˉoxic,AAO)主體工藝”和“序批式活性污泥法(sequencing batch reactor,SBR)主體工藝”,生物膜處理工藝中的典型工藝“膜生物反應器(membrane bioˉreactor,MBR)主體工藝”,梳理和對比農(nóng)村生活污水一體化處理設備相關原理和特點,為模式選擇、推廣和應用提供理論支持。

2.1 活性污泥法衍生工藝

2.1.1 AAO主體工藝

一體化AAO工藝將厭氧-好氧除磷系統(tǒng)和缺氧-好氧脫氮系統(tǒng)相結合,可同時去除水中的有機物、氮和磷。在厭氧池,聚磷菌利用生活污水中低級脂肪酸等易降解的有機物進行厭氧釋磷。在缺氧池,反硝化菌利用剩余的有機物和回流的硝酸鹽進行反硝化作用脫氮。在好氧池,硝化菌進行硝化作用將氨氮轉化為硝酸鹽,同時聚磷菌進行好氧吸磷,可有效去除水中的有機物、氮和磷,并且能夠有效避免出現(xiàn)污泥膨脹現(xiàn)象。該工藝整體穩(wěn)定可靠,沉淀效果理想,可獲得穩(wěn)定的出水水質(zhì)。

2.1.2 SBR主體工藝

一體化SBR工藝是一種按間歇曝氣方式來運行的活性污泥污水處理技術,又稱為序批式活性污泥法。生活污水連續(xù)進入處理池直到反應器內(nèi)最高行液位,通過池底泵的攪動,使污水和池中活性污泥充分混合,進水達到設定的液位后開始曝氣,使污水中的污染物在此階段通過微生物的降解作用得以去除;進入沉淀階段后停止曝氣和攪拌,使混合液處于靜止狀態(tài),完成固水分離,水中的溶解氧將不斷下降,最終上清液排出,到循環(huán)開始時的最低水位。其運行次序一般分為進水期、反應期、沉淀期、排水期和閑置期5個階段,5個階段所需的時間為一個周期[6]。

2.2 生物膜處理工藝

MBR主體工藝是生物膜處理工藝中的典型工藝。一體化MBR 工藝是指膜分離與生物膜處理有機結合的新型污水處理技術[7],污水通過過濾裝置進入調(diào)節(jié)池,再通過缺氧池進行生化反應處理。污水經(jīng)過好氧處理后,在模組件進行過濾,濾膜直接浸入在曝氣池中,與反應混合液直接接觸。通過氣提方式在膜的底部通入空氣,對中空纖維膜的外表面進行擦洗,進而可連續(xù)去除掉黏附在膜表面上的固體物質(zhì),達到防止或降低膜的污染或堵塞的目的。同時氣流也具有曝氣作用,可提供生物降解所需要消耗的大部分氧,其余部分氧還要通過擴散曝氣系統(tǒng)來提供。濾膜組件將生化反應池中的活性污泥和大分子有機物截留住,不僅有助于增殖緩慢的微生物生長,而且延長了難降解有機物在系統(tǒng)中的停留時間,生物反應中產(chǎn)生的過量污泥可以直接可以從超濾膜池中排出。

3 典型處理工藝出水水質(zhì)指標對比

通過選取設備價格、主體質(zhì)量相近,處理量為10 t/d 的農(nóng)村生活污水一體化處理設備,對分別采用AAO 主體工藝、SBR 主體工藝和MBR 主體工藝的處理設備進行出水水質(zhì)性能分析。完成設備培菌調(diào)試后,2022 年 4 月 11 日—6 月9 日期間采集污水處理廠內(nèi)農(nóng)村生活污水作為原水在水溫26 ℃±5 ℃條件下穩(wěn)定運行60 d,期間設備進出水5 項基本污染物濃度指標如下。

(1)pH。測試期間進水 pH 為 6.8~7.7,AAO 主體工藝設備出水 pH 為 6.3~7.7,MBR 主體工藝設備出水pH 為 6.6~7.7,SBR 主體工藝設備出水 pH 為 6.8~7.8。

(2)化學需氧量。測試期間進水化學需氧量值為112~194 mg/L;期間AAO 主體工藝設備出水化學需氧量去除率為87.0%,處理后化學需氧量濃度最小值為14 mg/L,最大值為29 mg/L;期間MBR 主體工藝設備出水化學需氧量去除率為89.1%,處理后化學需氧量濃度最小值為13 mg/L,最大值為26 mg/L;期間SBR 主體工藝設備出水化學需氧量去除率為87.9%,處理后化學需氧量濃度最小值為15 mg/L,最大值為27 mg/L。

(3)懸浮物。測試期間進水懸浮物值為60~98 mg/L;期間AAO 主體工藝設備出水懸浮物去除率為87.6%,處理后懸浮物濃度最小值為5 mg/L,最大值為17 mg/L;期間MBR 主體工藝設備出水懸浮物去除率為93.1%,處理后懸浮物濃度最小值小于等于4 mg/L,最大值為9 mg/L;期間SBR 主體工藝設備出水懸浮物去除率為88.3%,處理后懸浮物濃度最小值為6 mg/L,最大值為14 mg/L。懸浮物處理前后對比如圖1 所示。

圖1 懸浮物處理前后對比

(4)氨氮。測試期間進水氨氮值為33.3~48.9 mg/L;期間AAO 主體工藝設備出水氨氮去除率為96.4%,處理后氨氮濃度最小值為0.817 mg/L,最大值為5.97 mg/L;期間MBR 主體工藝設備出水氨氮去除率為98.0%,處理后氨氮濃度最小值為0.076 mg/L,最大值為1.23 mg/L;期間SBR 主體工藝設備出水氨氮去除率為97.6%,處理后氨氮濃度最小值為0.568 mg/L,最大值為1.21 mg/L。

(5)總磷。測試期間進水總磷值為4.21~7.01 mg/L;期間AAO 主體工藝設備出水總磷去除率為72.3%,處理后總磷濃度最小值為1.17 mg/L,最大值為1.88 mg/L;期間MBR 主體工藝設備出水總磷去除率為77.6%,處理后總磷濃度最小值為0.781 mg/L,最大值為1.89 mg/L;期間SBR 主體工藝設備出水總磷去除率為78.9%,處理后總磷濃度最小值為0.719 mg/L,最大值為1.45 mg/L。總磷處理前后對比如圖2 所示。

圖2 總磷處理前后對比

通過60 d 的連續(xù)出水跟蹤化驗監(jiān)測,對3 種不同主體工藝農(nóng)村生活污水處理設備出水污染物中的pH、化學需氧量、懸浮物、氨氮、總磷5 個指標做了優(yōu)效性、穩(wěn)定性和經(jīng)濟性的對比,得出AAO 主體工藝設備經(jīng)濟性最佳,MBR 主體工藝5 項指標平均污染物去除率相較最佳,SBR 主體工藝穩(wěn)定性最佳。

4 典型處理工藝技術、經(jīng)濟、性能指標對比

結合運行狀態(tài)、維護管理、出水水質(zhì)等對3 臺一體化處理設備的技術指標、經(jīng)濟指標、性能指標等進行綜合對比總結,結果如表1 所示。

表1 技術指標、經(jīng)濟指標、性能指標對比

5 結語

采用農(nóng)村生活污水一體化處理設備是解決浙江省農(nóng)村生活污水排放分散、濃度不均的有效方法,其具有投資成本低、維護管理便捷、充分利用土地資源、協(xié)控污水管網(wǎng)規(guī)模、水資源重復利用等一系列優(yōu)勢。而AAO 主體工藝處理設備技術成熟,工藝結構簡單,運行維護成本低,但占地面積大,適用經(jīng)濟狀況一般的農(nóng)村地區(qū)。SBR 主體工藝水量適應性強,但運行維護次數(shù)頻繁,運維專業(yè)性強,適合具備一定經(jīng)濟條件的農(nóng)村地區(qū)。MBR 主體工藝設備出水穩(wěn)定,但運維成本相較更高,需配備專業(yè)運行維護人員,適用經(jīng)濟發(fā)達的農(nóng)村地區(qū)。

浙江省作為農(nóng)村生活污水治理先行者,連續(xù)出臺了相關政策與規(guī)范標準,未來應深入剖析治理經(jīng)驗,重點加強農(nóng)村生活污水處理設備精準性、適用性、有效性,統(tǒng)籌全省農(nóng)村人居環(huán)境改善情況,推進相關技術創(chuàng)新,培育有效的市場監(jiān)管體系,形成綠色健康的農(nóng)村環(huán)境新局面。

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