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高负荷好氧—厌氧地下人工土渗滤系统在生活污水处理中的研究与应用

程俊  
【摘要】: 目前,我国中心城市的污水主要通过建设污水处理厂集中处理,其常规的工艺为活性污泥法和生物膜法。但城市污水处理厂存在建设和运行成本高,产生大量难以处置的污泥,处理过程中产生的恶臭会对周围居民生活环境带来不良影响等不足。对于农村和小城镇来说,不仅难以承受污水处理厂建设和运行带来的巨大经济压力,而且人居分散使污水的收集很困难。为了解决这一矛盾,迫切需要研究开发经济环保、低耗高能的污水现场处理技术。 地下渗滤系统是污水土地处理系统的一种,它能够利用土壤-植物-微生物生态系统的自净能力净化污水,在处理污水的同时,污水中的营养物质和水还得以循环利用,由于整个系统居于地下,不会产生不良气味和滋生蚊蝇,无噪音,不影响表层土地的使用,不受气候条件限制,出水便于回用,它还有设备简单,能耗低等优点,体现了良好的环境和经济综合效益。因此,该技术正是适合我国国情的污水处理工艺技术之一。 然而,传统的地下渗滤系统存在一些不足,如水力负荷低、占地面积大、易堵塞使用寿命短等,从而限制了其推广使用。针对以上情况,本研究从实际运用角度出发,上述问题,开发了一种高负荷好氧—厌氧地下人工土渗滤(UARI)系统。实验中设计并实施了UARI系统中试工程。工程中采用多层渗透性渐变的过渡结构填料和多层分散布水,使不溶悬浮物利其他污染物质充分分散,增大接触氧化表面积,同时设计夹层曝气,保证了系统内充足的氧含量,有效地提高了水力负荷、增强了处理效果、并延长系统的使用寿命。同时,对氮、磷等污染物质的去除机理进行了深入的研究和探讨,从微生物及酶活性角度对系统的运行情况进行了认识,探讨了本系统可能的堵塞原因,初步建立了污染物累积及堵塞模型。本研究得到了认识: (1)中试系统水力负荷达到40cm/d,CODCr、BOD5、TN、NH4+、TP、TSS的去除率分别达到了76.7~89.1%、83.3~92.5%、50.3~62.1%、65.2~79.6%、75.4~90.1%、77.0~91.3%,且各项出水指标均达到相应的污水排放标准。预处理系统在其中起了很重要的作用。 (2)通过对土柱进行落干和未落干NH4+、TN及TOC出水浓度的对比测定,验证了氨氮的去除机制主要是先被截留吸附,而后在落干状态下由微生物和氧的共同作用发生硝化反应;土柱中磷丰要无机磷的形式存在,说明污水中的水溶性磷一旦进入土壤,便很快发生物理和化学反应,转化成一些新的磷酸盐产物。无机磷又主要由铁、铝、钙及闭蓄态磷组成,酸性土壤中又以铁、铝磷为主。总磷的累积基本是从上到下逐渐减小的趋势,在沙土混合层又有所增加。 (3)土柱堵塞发生在表层,主要原因是表层有悬浮态有机质及微生物代谢产物(胞外聚合物等)的过度积累。根据式Wi=(Wi-1+Si)(1-k)+(Yi-1+BSi)×k×R+BDi×R可计算出系统运行至第i天时系统截留的有机质含量,由式Oi%=Li×mi×Oi×A/∑Li×mi×Oi×A×100%(i=1,2,3,……)计算出表层介质对总污水过水有机物的分担量,当Wi×O1%≥O1时得出i值即为运行至堵塞天数。该模型可用于预测系统寿命并指导实际工程。 (4)正常运行的系统中,内部微生物活动状况良好,细菌、真菌、放线菌的量分别在10~6、10~5和10~5的数量级;厌氧菌广泛存在于土柱中各层中,表层含量相对较低,主要是受氧气的限制;硝化细菌、反硝化细菌的最大值都出现沙土混合层,说明增加的粘粒比单一的沙能更好的涵养水分,吸附营养物质来供给微生物生长繁殖;土柱的呼吸作用强度值和微生物量有一定的相关性,从表层往下逐渐减小,到沙土混合层时增大,之后又减小。在同一深度处,1:4比1:9土柱的呼吸作用更强,这和以上硝化细菌、反硝化细菌、有机磷细菌等情况相似,也再次说明了1:4比1:9土柱的成分、结构配置更为合理。


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