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長(zhǎng)期以來，由于廣大農(nóng)村缺乏污水治理資金和專業(yè)處理技術(shù)，同時(shí)環(huán)境保護(hù)和生態(tài)可持續(xù)意識(shí)較為淡薄，使得90%以上的農(nóng)村生活污水未經(jīng)任何處理或經(jīng)簡(jiǎn)單的滲濾工藝就直接排放至河流湖泊，對(duì)河流湖泊的水質(zhì)造成了相當(dāng)大的危害。農(nóng)村生活污水因其分布廣泛且分散、收集難度大及成分復(fù)雜等特點(diǎn)致使處理效率極低，即使經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)如蘇南地區(qū)的農(nóng)村生活污水的處置也非常有限。
隨著新農(nóng)村建設(shè)、村莊環(huán)境綜合整治和美麗鄉(xiāng)村創(chuàng)建步伐的加快以及相關(guān)政策的傾斜，一些地方已開始建設(shè)示范工程和規(guī)?；\(yùn)行的處理設(shè)施，也出現(xiàn)了很多處理技術(shù)，如土壤滲濾、人工濕地、蚯蚓生態(tài)濾池、一體化集成處理裝置等。
我國(guó)農(nóng)村污水處理只能走小型化、就地化和分散式處理道路，故如何選擇并研究開發(fā)一種適合當(dāng)前農(nóng)村、特別是蘇南水鄉(xiāng)地區(qū)水質(zhì)特點(diǎn)及排放要求的高效、一體式、地埋式生活污水處理設(shè)備顯得非常必要。
1 PDS轉(zhuǎn)鼓式一體化污水處理裝置
PDS轉(zhuǎn)鼓式一體化污水處理裝置是借鑒國(guó)內(nèi)外相關(guān)技術(shù)及結(jié)合多年實(shí)踐，逐步改進(jìn)和完善的一種針對(duì)遠(yuǎn)離城市排水管網(wǎng)，又不宜在當(dāng)?shù)亟ㄔO(shè)污水處理廠的地區(qū)的一種生活污水處理裝置。該裝置特別適合于:小城鎮(zhèn)的新農(nóng)村建設(shè)、旅游風(fēng)景區(qū)、醫(yī)院療養(yǎng)區(qū)和軍事基地等，無管網(wǎng)的別墅區(qū)。它在結(jié)構(gòu)上采用了旋轉(zhuǎn)薄片生物帶和將空氣強(qiáng)制混入液體的方式，具有巨大的氣、液傳質(zhì)面積，能有效地形成不斷更新的生物膜，最大限度地提高污水處理能力和效果，是目前技術(shù)領(lǐng)先、結(jié)構(gòu)獨(dú)特、運(yùn)行經(jīng)濟(jì)、管理方便、使用壽命超長(zhǎng)的污水處理裝置，其突出特點(diǎn)是低能耗、低噪音、低維護(hù)量和低運(yùn)行成本。
新型PDS轉(zhuǎn)鼓式一體化污水處理裝置以旋轉(zhuǎn)生物轉(zhuǎn)鼓為核心，主要由初沉池、缺氧池、生物轉(zhuǎn)鼓和二沉池組成，結(jié)構(gòu)如圖1所示。
從圖1可以看出，PDS轉(zhuǎn)鼓式一體化裝置的核心是旋轉(zhuǎn)生物處理單元，初沉池沉降大部分懸浮物及無機(jī)顆粒物之后，處理水進(jìn)入缺氧池進(jìn)行反硝化，實(shí)現(xiàn)生物脫氮，之后進(jìn)入生物轉(zhuǎn)鼓高效降解污染物，伴隨著反應(yīng)的進(jìn)行，老化的生物膜在二沉池里得以沉降去除。
2 人工濕地
人工濕地處理系統(tǒng)是將污水投放到種植有“黃菖蒲、水生鳶尾(美人蕉)、旱傘草、香蒲、千屈菜、水麥冬”等挺水性植物(種植密度為8～20叢/m2不等)并且以一定配比填充填料的系統(tǒng)中，污水以一定的方式在填料和生長(zhǎng)發(fā)達(dá)的植物根系內(nèi)緩慢流動(dòng)，通過物理沉降截留、植物根系的吸附吸收、化學(xué)沉淀吸附、微生物代謝作用等多重作用，從而使水質(zhì)得到凈化。
人工濕地系統(tǒng)可以分為三種:自由水面人工濕地處理系統(tǒng)、人工潛流濕地和垂直水流濕地，具有緩沖容量大、工藝簡(jiǎn)單、投資省、處理效果好、運(yùn)行費(fèi)用低等特點(diǎn)，非常適合中、小城鎮(zhèn)的污水處理?？紤]到人工濕地良好的脫氮除磷效果及出水穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)，為了保障出水水質(zhì)達(dá)標(biāo)，在二沉池后增設(shè)了人工濕地作為強(qiáng)化處理設(shè)施。
本工藝綜合利用水平及垂直流人工濕地和潛流及自由水面流人工濕地，開發(fā)出了一種新型的復(fù)合型人工濕地，可強(qiáng)化污水處理運(yùn)行效能，維持運(yùn)行穩(wěn)定性。
3 一體化工藝示范工程
3.1工藝簡(jiǎn)介
根據(jù)昆山市環(huán)保局對(duì)錦溪鎮(zhèn)水環(huán)境治理及新農(nóng)村建設(shè)的具體要求，結(jié)合錦溪鎮(zhèn)人民政府的統(tǒng)一部署，為建設(shè)“生態(tài)錦溪”、“人居錦溪”，實(shí)施了水污染環(huán)境整治工程。2011年，昆山市錦溪污水處理廠與光大環(huán)?？萍及l(fā)展(北京)有限公司合作，實(shí)施昆山市錦溪鎮(zhèn)分散型污水處理示范工程，以實(shí)現(xiàn)錦溪鎮(zhèn)水環(huán)境整治效果。
本示范工程規(guī)模為50 m3/d，占地面積為300m2，工程納污戶數(shù)150戶，總?cè)藬?shù)為450人，污水主要來源是居民廚房污水、浴室洗澡污水及其他公共場(chǎng)所的沖廁污水等。
根據(jù)農(nóng)村生活污水特點(diǎn)，采用集水井+PDS轉(zhuǎn)鼓式一體化處理裝置+人工濕地工藝，其具體工藝流程見圖2。
3.2設(shè)計(jì)進(jìn)、出水水質(zhì)
依據(jù)《江蘇省昆山市錦溪鎮(zhèn)污水收集工程可行性研究報(bào)告》，設(shè)計(jì)進(jìn)水水質(zhì)見表1，出水水質(zhì)執(zhí)行《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB 18918—2002)一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)。
4 工藝去除能力分析
根據(jù)現(xiàn)有設(shè)計(jì)規(guī)范推薦數(shù)據(jù)進(jìn)行一體化中試設(shè)備理論設(shè)計(jì)，并將設(shè)計(jì)制作完成的中試設(shè)備在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行實(shí)際運(yùn)行，對(duì)運(yùn)行水樣進(jìn)行監(jiān)測(cè)，采用流量、進(jìn)出水pH值、OＲP、水溫、主轉(zhuǎn)子電機(jī)及回流泵運(yùn)行時(shí)間等作為在線24 h測(cè)量的指標(biāo)，數(shù)據(jù)記錄存檔;水質(zhì)指標(biāo)如COD、BOD5、總磷、氨氮、總氮及生物膜鏡檢等均在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行分析。
根據(jù)上述研究方法和技術(shù)手段，依靠在線儀表、便攜式儀表以及實(shí)驗(yàn)室水質(zhì)分析等方法，以錦溪鎮(zhèn)三聯(lián)村、狹港村、南前村的一體化污水處理裝置進(jìn)、出水水質(zhì)指標(biāo)為研究對(duì)象，按照一定時(shí)間規(guī)律，記錄匯總監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)并加以分析。
數(shù)據(jù)來源主要是2012年工藝運(yùn)行進(jìn)、出水水質(zhì)，根據(jù)三個(gè)村的進(jìn)水和總出水?dāng)?shù)據(jù)作圖分析比較工藝運(yùn)行效果。
4.1 COD去除效果
通過實(shí)驗(yàn)方法分別測(cè)得三聯(lián)村、狹港村和南前村的進(jìn)、出水COD值，并計(jì)算得出各村的COD去除率，如表2所示。
進(jìn)水COD濃度基本保持在100～250 mg/L，屬于典型的蘇南農(nóng)村生活污水水質(zhì)，經(jīng)PDS轉(zhuǎn)鼓式一體化裝置+人工濕地組合工藝處理后，出水COD基本能達(dá)到《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB18918—2002)一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)，即COD≤50 mg/L，三個(gè)村子最終出水除了南前村在2011年12月14測(cè)得COD數(shù)據(jù)為58 mg/L之外，其余均小于50 mg/L，而且基本穩(wěn)定在(25±5)mg/L左右，處理效果良好。
通過比較總進(jìn)、出水?dāng)?shù)據(jù)，求得組合工藝在2012年的COD去除率，可以看出COD去除率一般維持在80%～92%，這與一體化裝置生物轉(zhuǎn)盤的獨(dú)特螺旋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)密切相關(guān)，這種設(shè)計(jì)大大增加了生物盤片的比表面積，維持高的微生物濃度，提高了處理效率。三個(gè)村子之間COD去除率差異較小，觀察其出水COD濃度發(fā)現(xiàn)，在相同的季節(jié)里，濃度差異很小。但隨著時(shí)間的變化，COD的去除率變化較大，一般而言，溫度較高，去除效果會(huì)較好，但溫度過高如5月—8月，去除率大約下降5%。因?yàn)樵谖鬯M(jìn)入一體化裝置后，生物轉(zhuǎn)盤上生物膜的處理能力、微生物的活性都與溫度有密切關(guān)系，但PDS轉(zhuǎn)鼓式一體化處理裝置有加蓋設(shè)施，可適度減弱溫度對(duì)去除效果的影響。綜合可見，該組合工藝能很好地處理COD，使出水COD指標(biāo)完全滿足城鎮(zhèn)污水處理廠一級(jí)A排放標(biāo)準(zhǔn)。
4.2 氨氮去除效果
PDS轉(zhuǎn)鼓式一體化污水處理裝置前段是具有脫氮功能的缺氧池，在工藝運(yùn)行過程中，將初沉池出水、回流提升的硝化液及二沉池回流污泥混合，完成反硝化過程，最終達(dá)到脫氮的目的。三個(gè)村的進(jìn)水NH3-N濃度變化趨勢(shì)基本相同，均保持在30 mg/L左右，經(jīng)組合工藝處理后，出水NH3-N濃度大大降低，三聯(lián)村平均出水NH3－N濃度為4．08mg/L，狹港村為3．37mg/L，南前村為3．9mg/L，均低于一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)上限(5mg/L)。
根據(jù)進(jìn)、出水NH3-N監(jiān)測(cè)值計(jì)算得每一時(shí)期氨氮的去除率，如表3所示。分析得PDS轉(zhuǎn)鼓式一體化處理裝置+人工濕地對(duì)氨氮去除能力強(qiáng)，去除率最低為72．19%，最高可達(dá)到96．90%。PDS一體化裝置脫氮主要取決于生物轉(zhuǎn)鼓的盤片設(shè)計(jì)，此生物盤片上可以生長(zhǎng)存活時(shí)間長(zhǎng)的微生物，污泥齡長(zhǎng)，故硝化菌和反硝化菌可大量生長(zhǎng)，使脫氮更完全。隨著工藝的不斷運(yùn)行，脫氮效率也逐步提高，說明組合工藝對(duì)進(jìn)水水質(zhì)適應(yīng)性變強(qiáng)。脫氮過程主要發(fā)生在缺氧區(qū)，因此該區(qū)的溶解氧濃度控制非常重要，同時(shí)保證生物轉(zhuǎn)鼓處的溶解氧，這部分需要適當(dāng)調(diào)整轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)速以使生物膜與空氣接觸充分，氧傳遞正常才能保證硝化反應(yīng)進(jìn)行，繼而增加脫氮的效率。人工濕地同樣具有脫氮的功能，其借助于填料、挺水植物、土壤和微生物的綜合作用，吸收轉(zhuǎn)化部分氨氮，降低水中氨氮濃度。
4.3 總磷去除效果
脫氮除磷是處理農(nóng)村生活污水的主要目標(biāo)，農(nóng)村生活污水中的磷含量相對(duì)較高，要將其妥善處理以達(dá)到一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)存在一定的難度。PDS轉(zhuǎn)鼓式一體化裝置+人工濕地組合工藝對(duì)TP有良好的去除作用。
進(jìn)水TP一般為1．5～3 mg/L，符合農(nóng)村生活污水的水質(zhì)特性;經(jīng)組合工藝處理出水TP平均濃度為0．28 mg/L，且全部低于0．5 mg/L，達(dá)到一級(jí)A排放標(biāo)準(zhǔn)，可見PDS轉(zhuǎn)鼓式一體化裝置+人工濕地的組合工藝具有良好的除磷效果。三聯(lián)村、狹港村及南前村的TP去除率見表4，最高去除率可達(dá)到92．35%，平均去除率高達(dá)86%，全年TP去除率一直保持很高水平，證明該組合工藝適合蘇南農(nóng)村生活污水處理。
磷的去除主要分為生物除磷和化學(xué)除磷，在此組合工藝中生物除磷發(fā)揮主要作用，生物轉(zhuǎn)鼓上的生物膜對(duì)磷進(jìn)行截留過濾，聚磷菌進(jìn)行聚磷，之后磷隨生物膜脫落而沉淀到污泥中，進(jìn)入人工濕地系統(tǒng)，通過植物的根系吸收、土壤的攔截、化學(xué)沉淀吸附及微生物的代謝等作用，大大降低水中磷濃度，使出水總磷達(dá)到一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)。
4.4 人工濕地處理能力
為了驗(yàn)證PDS一體化污水處理裝置的處理性能及人工濕地的處理能力，對(duì)三聯(lián)村的一體化裝置出水和組合工藝總出水分別進(jìn)行水質(zhì)監(jiān)測(cè)分析，對(duì)出水COD、NH3-N及TP分別求取去除率進(jìn)行了分析比對(duì)。
組合工藝中除了生物轉(zhuǎn)鼓上生物膜的截留與微生物的同化可以去除污染物外，人工濕地也起到了很大的作用。對(duì)于COD來說，PDS轉(zhuǎn)鼓式一體化裝置的平均去除率可達(dá)到66%，而增加人工濕地后COD去除率平均高達(dá)85%，提高了將近20%;對(duì)氨氮的去除效果也明顯增強(qiáng)，去除率從75%增大到了86%;而變化最明顯的是TP的去除，從三聯(lián)村的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)可以看出，PDS轉(zhuǎn)鼓式一體化裝置出水TP平均為1．17 mg/L，高于城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)的TP指標(biāo)值，但增加人工濕地強(qiáng)化處理設(shè)施后，出水TP均低于0．5 mg/L，平均值為0．28mg/L，TP去除率也從52%增加到了88%，可見人工濕地對(duì)TP的去除效果尤為明顯。經(jīng)水平及垂直流人工濕地與潛流及自由水面流人工濕地的強(qiáng)化復(fù)合，增強(qiáng)了植物、填料、土壤及微生物的凈水作用，使出水COD、氨氮及TP濃度大大降低。
5 結(jié)論
①PDS轉(zhuǎn)鼓式一體化裝置+人工濕地對(duì)農(nóng)村生活污水有很明顯的處理能力，其中對(duì)COD去除率可達(dá)80%～92%，NH3-N去除率可達(dá)86%左右，TP平均去除率高達(dá)88%，且處理后平均出水COD為28mg/L，平均出水NH3-N為3．8mg/L，平均出水TP為0．28mg/L，出水水質(zhì)完全符合《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB18918—2002)一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)，可見該組合工藝適合于處理農(nóng)村生活污水。
②經(jīng)PDS一體化裝置后的COD、NH3-N及TP的平均去除率分別為66%、75%及52%，出水濃度分別為63、7．25、1．17mg/L;在增加了人工濕地運(yùn)行后，COD、NH3-N及TP的平均去除率分別提高為85%、86%及88%，出水濃度分別減少為27、4．08、0．28mg/L。可見人工濕地很大程度上提高了該組合工藝的綜合處理能力，特別是TP的去除率提高了30%左右，使出水TP濃度遠(yuǎn)低于一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)的0．5mg/L。
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