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《东华大学》 2010年
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农村分散式污水处理适用技术及机理研究

张增胜  
【摘要】:农村分散式生活污水的随意排放对农村的生态环境构成了严重威胁,因地制宜的研究开发适合农村分散式生活污水处理的新技术与新工艺是解决农村水污染问题的关键所在。本研究基于上海市科委2007年度“科技创新行动计划”项目崇明生态岛建设科技专项“农村分散式污水处理适用技术的应用与示范”(编号:07dz12408),在崇明生态岛面源污染控制示范区国家级生态村-前卫村内调查了农村分散式污水的水质水量特征,建立了复合型生物净化槽-强化生态浮床组合工艺处理设施及相应微生物研究的小试装置,研究了复合型生物净化槽的启动过程及其对农村分散式污水中污染物质的去除效果和机理,比较了强化生态浮床与普通浮床对污染物质的去除效果、提出了强化生态浮床的强化依据及其对污染物质的去除效果和机理,然后对复合型生物净化槽优势菌株进行了条件优化性能测定及鉴定,对强化生态浮床系统微生物生态学特征与功能进行了分析研究,最后对组合工艺的总处理效果及其经济技术适用性作了相关的分析。 崇明岛农村地区人均用水量约为95L/d,收集量只有用水量的40-45%,可收集的人均生活污水量约为40L/d。复合型生物净化槽-强化生态浮床组合工艺位于崇明岛前卫村,整个工艺依次包括化粪池、复合型生物净化槽和强化生态浮床。采用了好氧活性污泥预挂膜的方式对复合型生物净化槽进行微生物膜的培养与驯化,在流量为0.5m3/d、平均水温为25.7℃的条件下约10d便可培养成功。复合型生物净化槽对COD的去除效果明显,平均去除率夏季69.29%、秋季60.22%、冬季45.82%、春季59.45%,从沿程变化规律来看,第一格净化槽去除贡献率最大,整体上呈现出第一格、第二格及第三格净化槽去除贡献率的比值为5:3:2的趋势;复合型生物净化槽对氮的去除率不理想,但由于进水中氮的浓度较高,在低去除率的情况下仍旧保持了较高的氮去除量,第二格净化槽去除贡献率最大,整体上呈现出去除贡献率的比值为3:5:2的趋势;复合型生物净化槽对磷的去除效果较好,平均去除率夏季37.74%、秋季33.58%、冬季28.95%、春季32.36%,第一格、第二格净化槽去除贡献率较大,整体上呈现出去除贡献率的比值为4:4:2的趋势。 在强化生态浮床中种植不同的浮床植物来实现全年不同季节植物的衔接作用,并在水生植物间利用纤维填料附着微生物膜,强化植物与微生物之间的协同作用,提高了微生物的浓度和数量,其对污染物质的去除效率明显优于普通浮床。第一阶段以茭白为浮床植物,对COD、NH4+-N、TP及SS平均去除率,普通浮床的分别为37.33%、74.54%、45.95%和50.99%,而强化生态浮床的分别为51.11%、79.32%、64.14%和82.15%;为实现全年不同季节上植物的衔接作用,第二阶段低温下选择喜寒植物水芹菜及第三阶段中温下选择喜暖植物睡莲作为浮床植物,结果表明强化生态浮床对污染物质均保持着较好的去除效果。对污染物质在强化生态浮床内沿程变化的研究表明污染物变化规律各有差异,COD、TN、NH4+-N及TP的浓度沿程逐渐降低的,COD和TP第一段去除贡献率最高,TN第三段去除贡献率最高;NH4+-N则不同季节有所差别,对于寒季而言,第二段去除贡献率最高,暖季则是第一段和第二段的去除贡献率均较高;SS的浓度沿程变化为先降低、再增加、最后降低,第一段去除贡献率最大;NO3--N及NO2--N的浓度沿程变化为先增加后降低,其中NO3--N的第三段去除量最大,NO2--N的第四段去除量最大。 通过以培养基为单位进行初筛和脱氮除磷实验的复筛,得到了三株优势菌株:编号A-1、B-5及C-2,并在各自的最佳条件下进行了优化性能测定表明各菌株单独脱氮除磷的效果均不理想。将三种菌株按照1:1:1的比例复合4d对TN的去除率达到了87.4%,7d对TP的去除率达到了57.9%,脱氮除磷效果明显;运用正交试验的方法确定了复合菌株的最佳环境条件并在该条件下进行了模拟农村分散式生活污水脱氮除磷的性能测定,结果为14d中TN去除率达到了97%,TP去除率为63%,去除效果理想。运用离子色谱法和营养液培养法综合分析菌株脱氮除磷后的产物组成,再采用革兰氏染色法对菌株进行初步判定,然后从基因的角度进行鉴定,建立了三种菌株的系统树,运用16S rDNA基因序列分析法分析了三种菌株的基因序列,对菌株的理化指标分析表明:菌株A-1的理化指标符合奇异变形杆菌的特征,菌株B-5的理化指标符合门多萨假单胞菌的特征,菌株C-2的理化指标符合枯草杆菌的特征。对16S rDNA基因序列进行对比分析,发现与奇异变形杆菌同源性达到99%,与门多萨假单胞菌同源性达到98%,与枯草杆菌同源性达到98%。 在强化生态浮床中,纤维填料酶活性、细菌数量及微生物量基本上是从前到后沿程依次降低的,都是以夏季7月份最高,其它三个季节无明显差异规律。蛋白酶、脲酶和脱氢酶活性上层纤维填料低于下层的,磷酸酶活性则是上层高于下层的,上层的细菌总数和下层的没有明显差异规律,微生物碳、氮均呈现出上层明显低于下层的,微生物磷则是上层高于下层。从沿程各段变化来看,蛋白酶和脲酶活性的沿程各段变化与TN的去除贡献率负相关性较差;磷酸酶活性的沿程各段变化与TP去除贡献率、脱氢酶活性的沿程各段变化与COD的去除贡献率均正相关性显著;从整体上来看,各个季节蛋白酶、磷酸酶活性分别与TN、TP总去除率正相关性显著;脲酶、脱氢酶活性分别与TN、COD总去除率相关性较差。纤维填料上细菌的数量与污染物去除率之间没有显著相关性。因此无论是酶活性、细菌数量还是微生物量,都是强化生态浮床中不同季节的植物、纤维填料及微生物等各种因素联合作用的结果,直接将一种参数与不同季节沿程各阶段污染物去除贡献率及污染物总去除率之间建立线性关系似乎过于简单。 总的来说CBPT-EEFR组合工艺对COD、TN、NH4+-N及TP具有较好的去除效果,全年平均去除率分别达到了79.59%、61.06%、72.14%和77.14%,出水NO3--N、NO2--N、PO43--P和SS浓度全年平均值分别为1.533mg/L、0.442mg/L、0.36mg/L和27.3mg/L,其中出水COD达到了城镇污水处理厂一级A标准的要求,TN及TP出水达到了城镇污水处理厂一级B标准的要求,NH4+-N及SS出水达到了城镇污水处理厂二级标准的要求。通过对CBPT-EEFR组合工艺进行经济技术适用性分析发现,组合工艺基本处于零运行费用的状态,且具有出水水质好、不易堵塞、管理维护方便等优点,符合现阶段农村的经济技术发展现状,是一种生态的适用的农村分散式污水处理技术,便于在农村地区普及推广。
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