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针对农村人口居住分散,污水排放量大及远离市政排水管网的现状,研究适合农村地区运行费用低、维护管理方便、处理效果稳定、氮磷资源化利用的小型生活污水处理技术具有现实意义。
基于此,本研究通过将生物和生态处理工艺结合,并在原有工艺的基础上进行改进,构建开发了“厌氧产沼气—缺氧调节—跌水充氧生物接触氧化—水生蔬菜型人工湿地”的组合生物生态污水处理工艺,实验得出以下结论:
(1)厌氧反应器在常温下历时50余天启动成功。稳定运行期间,考察了不同水力停留时间(HRT)对COD去除率的影响,当HRT为96h、72h、48h和24h时,厌氧单元对化学需氧量(COD)去除率逐步降低,分别为40.3%、37.8%、34.4%和28.5%。同时,沼气产气量与温度有极显著的正相关性,温度的突降会导致产气量急剧下降,且容积产气率在HRT为48h时较高,约0.0119L/(L·d)。运行期间,反应器未出现酸化现象。
(2)跌水接触氧化池的处理效率主要受HRT及容积负荷影响,当HRT为2h时处理效果较好,COD和氨氮去除率分别达到了62.8%和51.4%,而当容积负荷为0.2kgCOD/m3·d时,COD去除率有较大值约65%。氮元素在跌水接触氧化池内表现为不同形态间的转化,整体上本单元对氨氮的去除率表现为递减的趋势。同时,跌水充氧方式基本能够满足微生物生长需求,跌水平均充氧量为1.6mg/L,两阶跌水的氧总转移系数KLa值分别为0.553和0.680。
(3)水生蔬菜型人工湿地对上级接触氧化池单元出水的处理效率较高且稳定。水力负荷在0.18m3/m2·d~0.25m3/m2·d时,COD去除率稳定在50%左右,出水平均浓度39.3mg/L;总氮去除率达到52%以上,平均出水浓度7.9mg/L;氨氮平均去除率达74.21%,平均出水浓度为3.2mg/L;石膏强化除磷后出水总磷平均浓度为0.44mg/L,去除率86.3%。
(4)通过本组合工艺,生活污水中的COD、总氮、氨氮和总磷等污染物得到了有效的去除,在进水COD、总氮、氨氮和总磷平均浓度约为294.4mg/L、29.7mg/L、23.7mg/L和2.91mg/L时,其平均去除率分别达到了86.2%、64.8%、78.5%和86.33%,平均出水浓度分别为39.3mg/L、8.77mg/L、4.41mg/L和0.44mg/L,达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918-2002)中的一级A排放标准。
研究结果表明:由“厌氧产沼气—缺氧调节—跌水充氧生物接触氧化—水生蔬菜型人工湿地”组合工艺来处理分散式生活污水,能够取得较好的去除效果,同时也是高效率低能耗的生物与生态处理相结合的新工艺,适用于广大农村分散式生活污水的处理。