间歇式双污泥工艺处理农村污水的应用
2022-09-13宋博宇卞晓峥华洁平黄健平
宋博宇,卞晓峥,华洁平,黄健平,2*
(1.华北水利水电大学 环境与市政工程学院,河南 郑州 450046;2.河南省水体污染与土壤损害修复工程技术研究中心,河南 郑州 450046)
农村污水不经处理直接排放到自然水体中,已经成为影响水环境的重要因素之一。农村生活污水主要是农村居民生活当中产生的洗涤用水及厕所冲水,因此主要污染物是COD、氮磷以及病菌[1]。根据《室外排水设计规范》,需要同时进行脱氮除磷时,污水中的5日生化需氧量与总凯氏氮之比宜大于4,污水中的5日生化需氧量与总磷之比宜大于17,但是实际中的农村污水很难满足这些要求。SBR工艺可以实现自动化管理和运行,在技术人员相对较少的农村也适用。
1 SBR在农村污水处理中的应用现状
1.1 SBR工艺在农村污水处理的应用
序批式活性污泥法(SBR)工艺特点是在同一个反应器中,按时间顺序进行进水、曝气、沉淀、排水和闲置5个工序,从而对污水进行脱氮除磷。以张亚平等[2]对常熟市辛庄镇和泰村的SBR工艺调查为例,SBR工艺的进水中COD为100 mg/L左右, TN在4~7月份为5 mg/L(其余时间都稳定在20 mg/L),P在1 mg/L以下,可以算出C/P为100。SBR工艺对COD的去除率在60.0%~84.0%,平均去除率为74.9%,出水水质达到一级B标准,处理效果稳定;对TP的去除率在15%~60%,波动比较大,并且去除率是从当年8月到来年3月逐步上升的,因此温度可能是影响TP去除率的一个重要因素;对TN的去除率在前期比较低,不超过40%,后期逐步提升并趋于稳定,最终的去除率可以达到60%~80%,这样就导致出水中TN浓度全年都比较稳定,始终保持在一个较低的水平上;对氨氮的去除率在25%~80%之间,波动比较大。
从调查中可以看出,SBR在实际运行中对COD的去除效果表现良好,但是对TP和TN的去除率比较低,且去除率的波动比较大,这是由于SBR工艺需要足够的碳源,与污水中的碳源不足相矛盾所导致的。
1.2 改良SBR工艺处理农村污水
2 间歇式双污泥系统及其工艺比较
2.1 前置A2NSBR双污泥系统
赵伟华等[4]提出了前置A2NSBR 双污泥系统。该系统先在厌氧-缺氧SBR中进行反硝化除磷,然后在好氧 SBR中进行硝化反应,以硝化出水作为最终出水,如图1所示。
图1 前置A2NSBR双污泥系统工艺流程
污水首先进入好氧SBR中进行硝化反应,一部分作为出水排出系统,一部分回流至厌氧-缺氧SBR中缺氧段,即厌氧段释磷结束后注入硝化出水。待系统稳定后,对平均COD为204.9 mg/L,平均氨氮为49 mg/L,平均TN为53.2 mg/L,平均TP为4.3 mg/L的污水进行处理时,出水中COD、氨氮、TN和TP平均值分别为33.8,0.9,13.6和0.3 mg/L,相应的去除率分别为84.3%,98.4%,76.8%和93.9%,各项出水指标都满足国家《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918-2002)(以下简称《标准》)一级A标准的要求。
该工艺采用前置硝化的方法,最大程度上提高了氨氮的去除效率,降低了出水中氨氮的浓度。在稳定运行后,反硝化聚磷菌占总聚磷菌的比例大约为61.3%,说明磷的去除是由聚磷菌和反硝化聚磷菌相互作用产生的。
2.2 SBR-BCO双污泥系统
秦玮等[5]将SBR工艺与BCO工艺相结合,提出了SBR-BCO双污泥系统。该工艺由反硝化聚磷污泥系统(SBR)和接触氧化硝化系统(BCO)两部分构成,整个工艺流程由一个厌氧SBR阶段、一个接触氧化阶段和一个缺氧/好氧SBR阶段组成,如图2所示。
图2 SBR-BCO双污泥系统工艺流程
SBR-BCO双污泥系统的进水为人工合成废水,其中COD为150.6~198.1 mg/L,P为4.0~7.5 mg/L,TN为38.7~44.3 mg/L,最大C/P为20~26时,在上述运行条件下,SBR-BCO双污泥对COD的去除率达到91%,对氨氮的去除率高达 84.2%~89.5%,对TN的去除率为 66.9%~78.3%,对TP的去除率达到94.6%,出水的各项指标均满足《标准》一级A标准。
王松凯等[6]对SBR-BCO 双污泥进行了运行参数优化和技术经济分析,并以农村污水作为研究对象进行了实验。处理规模为20 m3/d,其中进水中COD为50~240 mg/L,TP为1.5~6 mg/L,TN为18~40 mg/L,经计算,当C/P为8.3~40时,COD、氨氮、TN和TP平均去除率分别为96.9%,97.6%,60.4%和83.3%,而该工艺的水动力费用为0.3元/吨,运行成本为0.3元/吨,满足农村污水处理的实际需求。
2.3 SBR-SBBR双污泥系统
李桥等[7]进行了 SBR-SBBR 双污泥短程硝化反硝化脱氮除磷研究。该系统由具有以亚硝酸盐为电子受体的反硝化除磷作用的SBR1和具有短程硝化作用的SBR2组成,如图3所示。
图3 SBR-SBBR双污泥系统工艺流程
SBR-SBBR双污泥法减少了COD在好氧条件下的消耗外,又利用了短程反硝化作用,再次降低了对碳源的需求量和曝气量。在处理效果方面,当C/N为3~6时,COD,TN和TP的去除率分别为94.9%,81.2%和89.5%,均达到《标准》一级A排放标准,此外,SBR-SBBR双泥膜法具有很好的抗氮负荷冲击能力,当C/N从5~6降到 3~4时,对TP的去除率基本没有影响,保持在88%左右,而TN平均去除率仅由82.5%变为78%。SBR-SBBR 双污泥系统利用了亚硝酸盐作为电子受体,大大降低了污水处理过程的曝气量,并且使系统具有很好的抗氮负荷冲击能力,适用于处理氮浓度变化较大和C/N较低的农村污水。
2.4 A2NO-MBR双污泥系统
A2NO-MBR双污泥系统将A2NSBR与 MBR相结合,并增加缓冲池,使硝化和反硝化除磷同步进行,缩短运行周期,而后置曝气0.5h可以进一步降低出水氨氮和总磷浓度。杜东梁等[10]以膜出水的方式进行后置曝气A2NO-MBR双污泥工艺研究,如图4所示。
图4 后置曝气A2NOSBR-MBR双污泥系统工艺流程
A2NO-MBR双污泥系统的硝化过程在好氧膜上完成,减少了剩余污泥[11],从而降低了处理成本,并且具有很好的抗负荷冲击能力,当C/N和C/P的浓度变化较大时,依然表现出良好的脱氮除磷能力,适用于处理有机物浓度变化较大, C/N和C/P较低的农村污水。
2.5 工艺比较
从表1可以看出,SBR-BCO双污泥系统相比于传统SBR污泥系统,SBR-BCO双污泥系统在处理低C/P的污水,特别是C/P低于17的污水时,依然表现出优秀的脱氮除磷效果。当C/P在8.3~40时,SBR-BCO双污泥系统的COD去除率和氨氮去除率依然可以达到90%以上,说明SBR-BCO双污泥系统具有很好的抗负荷冲击能力。
表1 不同工艺处理效果比较
SBR-SBBR双污泥系统和前置A2NSBR双污泥系统在处理C/N低于4的污水时,依然保持良好的COD、氨氮和TP 的去除率和处理稳定性,展现了较好的脱氮除磷性能。SBR-MBR双污泥系统在处理水质变化较大的污水方面有良好的表现。
3 结语
间歇式双污泥工艺既拥有SBR工艺可以处理流量变化较大的污水的特点,又拥有双污泥系统低C/N、低需氧量、低污泥产量的优点,有很好的抗负荷冲击能力和良好的脱氮除磷效果。利用间歇式双污泥系统处理农村污水时,既可以适应农村污水的低C/N和低C/P的特点,又可以适应农村污水的水量和水质随时间变化较大的特点。此外,双污泥系统在降低需氧量和减少剩余污泥方面,减少了污水处理成本,比较适合经济发展相对落后的农村。随着对双污泥理论的深入研究和对双污泥工艺的不断优化,双污泥工艺在农村污水处理方面有着很大的应用前景,期望找到一个适合农村污水水质和农村经济条件的双污泥工艺。