A2O滤床生活污水净化槽的特性研究

第23卷第2期2008年6月Vol.23No.2Jun.2008收稿日期：2007-09-06；修回日期：2007-12-13基金项目：天津市农委2006年重大资助项目（0604140）作者简介：王昶（1958—），男，江苏人，教授，博士，[e-mail]．A2/O滤床生活污水净化槽的特性研究王昶1，卜宇岚1,2，贾青竹1，刘继辉1（1.天津科技大学海洋科学与工程学院，天津300457；2.湖南公安高等专科学校，武汉500263）摘要：根据家庭生活污水的特点，开发了一种联合厌氧和好氧生物膜处理工艺的小型一体化生活污水净化槽．通过冷模实验，调查了系统中各部分的流体流动特性，对选定的聚乙烯多孔波纹板填料分别进行好氧和厌氧微生物的驯化、挂膜，观察了生物膜的成熟及其经时变化情况．实验表明：厌氧区流体流动呈现出较好的平推流特性，而好氧区表现出混合流的特性；滤床填料挂膜后启动十分便利，各区域中对污水都具有较好的去除能力，出水的水质达到国家污水排放一级标准，其中：CODCr60mg/L，去除率86.9%；BOD520mg/L，去除率97.4%；浊度去除率97.7%．关键词：生活污水；净化槽；生物滤床；厌氧中图分类号：X703文献标识码：A文章编号：1672-6510（2008）02-0001-05StudyonCharactersofPurifying-TankCombinedA2/OandFilter-BedWANGChang1，BOYu-lan1,2，JIAQing-zhu1，LIUJi-hui1（1.CollegeofMarineScienceandEngineering，TianjinUniversityofScience&Technology，Tianjin300457，China；2.HunanPublicSecurityCollege，Wuhan500263，China）Abstract：Asmallsizehouseholdsewagepurifying-tankcombinedA2/Oandbio-filterwasdevelopedbasedonthecharac-tersofhouseholdsewage.Theflowmechanismsofwaterineachzonewereinvestigatedthroughcold-modelexperiments，theperforatedpolyethyleneboardswereselectedasparkingmaterialoffilterbed.Thereclamationandformedmembraneofaerobicandanaerobicmicroorganismwerecarriedoutrespectivelytoanalyzethevariationofthebio-membranegrowthwithtime.Theresultsrevealthatthewaterintheanaerobiczonesandaerobiczoneshowtheperformanceofplugflowandmixedflowrespectively.Afterthebio-membraneformonthesurfaceoftheboards，thestart-upofthetankiseasy，andtheeffi-ciencyfordegradationofthesewageisalsohigh.Theeffluentqualitycomeuptothenationalfirst-classdischargestandard，theCODCrandBOD5arelessthan60mg/Land20mg/L，theremovalefficiencyoftheCODCr，BOD5andturbidityreached86.9％，97.4％and97.7％respectively.Keywords：householdsewage；purifying-tank；bio-filterbed；anaerobicdegradation随着改革开放，城市化建设速度飞快，城乡人民的生活水准有了很大提高，人们对生活质量的要求也越来越高．大部分新建城乡都采用水冲洗厕所，改变了家庭生活环境[1]．但是占我国人口70.1％的农村人口其生活污水收集处理设施还很不完善，很多城镇由于资金问题致使管网不配套和污水处理厂建设、运行相对滞后[2]．即使按照国家“十一五”规划的要求，直至2005年城市污水集中处理率也只达到45%，我国每天未经处理直接排放的生活污水BOD负荷量仍超过4.64万吨．毫无疑问，若将未经处理的生活污水直接排放到生活区附近的河流，势必会引起水体不同程度的污染，甚至会影响人们生活用水的供给．高效生活污水净化槽不仅可以弥补现行条件下政府财政不足，解决公共下水道设施建设困难，而且还可以对郊外、乡镇短期内无法建立污水处理系统的地区以及风景区进行生活污水即厨房用水、洗澡用水·2·天津科技大学学报第23卷第2期以及冲厕用水一同连续处理[3—6]，使净化后的排水达到国家一级排放标准（BOD5=20,mg/L），使水来自于自然，回归于自然．分散式小型净化槽系统与城市生活污水处理系统的互补是整个生活污水处理的完整系统，是保护我国自然水体的发展方向[7—9]．本文根据家庭生活污水的特点，开发设计了一种厌氧、好氧生物处理工艺的小型高效处理家庭生活污水的净化槽，分别使用KCl溶液和有机染料红墨水示踪剂，调查了流体在各区域内的流动特性，确保高浓度生活污水在平推流下，低浓度在全混流下进行生物降解．进而还调查了生物滤床挂膜过程中，生物膜生长情况和特性以及净化槽生活污水处理启动过程各区域水质指标的变化，为净化槽的实用化、标准化和产业化提供重要的基础数据．1材料与方法1.1实验装置自行设计开发的净化槽[10]实验装置如图1所示，是由有机玻璃制作而成的，主要由一级厌氧区、二级厌氧区、好氧区、沉淀区、消毒区以及气泵等构成，进入到净化槽的污水将靠各区之间的势能差形成自然流动．本实验装置为实际运行时净化槽体积的1/67，实验装置处理流量以实际五人家庭一天一吨用水量计算，一般设定为15L/d．图1生活污水一体化净化槽装置图Fig.1Schematicdiagramoftheintegratedpurifying-tankfortreatmentofthehouseholdsewage1.2流体流动特性的测定净化槽中流体流动特性对抗冲击性具有很大的影响，生活污水进入净化槽后，一旦受流体返混或短路影响，就会进入后续降解区，对出口水质产生较大的波动．为了调查净化槽两级厌氧一级好氧的抗冲击性能力，分别使用红墨水和KCl溶液示踪剂调查其流体流动特性．红墨水示踪实验是将净化槽内加满自来水，调好一定浓度的红墨水溶液，经磁力循环泵以流速为0.301,L/min抽到净化槽的进口处，连续观察红墨水在槽中各部位的流动状态，定时拍照以便比较分析．同样选用0.015,mol/L浓度的KCl溶液，以0.30,L/min的速度连续进样，分别在不同时刻测定已设定好的4个点的电导率，取样点分别为一级厌氧出口，二级厌氧出口，好氧区底部以及净化槽的出口．1.3挂膜和启动实验方法为了增加填料表面积、强度以及耐腐蚀性，本实验选用了二种不同规格的多孔波纹板：一种是波纹较细的，单位体积表面积为70,m2/m3，用作厌氧滤床填料，所占体积分别为一级厌氧和二级厌氧槽体积的40%和60%；另一种是波纹较粗的，单位体积表面积为40,m2/m3，用作好氧滤床填料，占好氧槽体积的50%．填料挂膜之前，经表面活性剂全面清洗，去除油垢交叉叠合捆扎一体，分别进行厌氧和好氧挂膜．厌氧挂膜选择校园学生生活区化粪池的厌氧井，波纹板填料置于其中，定期搅拌水体，且跟踪观察挂膜情况．好氧挂膜实验用污水取自天津科技大学学生生活区生活污水，其水质见表1．好氧挂膜阶段将污水在容器内闷曝2,d后，每天间歇进约容器体积1/3的新鲜污水，溶解氧控制在3.60,mg/L左右．表1学生生活区生活污水主要水质参数Tab.1Mainwaterqualityparametersofthesewageinthestudentarea-living水质指标平均值样本数CODCr/mg·L-1336.9521BOD5/mg·L-1228.954浊度/NTU144.4321pH,7.345水温/℃,18.512NH4+-N/mg·L-1123.582厌氧挂膜和好氧挂膜完成后，各自填料放入相应装满学生生活区取来的生活污水的净化槽内进行启动．第一阶段厌氧区不进污水，处于浸渍状态，而好氧区连续曝气，溶解氧控制在5.0,mg/L左右[11]，水温20~25,℃，每天定时更换好氧槽体积1/3的新鲜污水，4,d后取样测定各区液体中五日生物耗氧量BOD5和化学耗氧量CODCr以及浊度，各指标均采用标准方法测定[12]．第一阶段启动的适应期完成后，进入初步运行阶段，以连续的方式流入污水，其速度为15,L/d，曝气量保持不变，连续5,d进水后取样测定各项指标．2008年6月王昶,等：A2/O滤床生活污水净化槽的特性研究·3·2结果与分析2.1流体流动特性分析图2表示经连续进水12,min和115,min时槽中的红墨水的分布情况．由12,min时的分布情况可知，尽管红墨水染料的浓度差引起一些扩散，在分界面附近出现较小的波动，但是，红墨水与下部的清澈自来水仍存在明显的分界面，说明厌氧区几乎没有返混，流体按照平推流方式缓慢向前流动，抑制了高浓度溶液进入到低浓度中．115,min时的流动状态也同样反映出一级厌氧区和二级厌氧区红墨水颜色变化的类似性，即使存在扩散作用，但纵向上仍然没有返混现象．而好氧区借助于曝气气体的湍动，液体进行激烈的混合，所以颜色明显减弱，反映了好氧区的全混流特性．图2连续进水12,min和115,min后净化槽中红墨水分布Fig.2Distributionofredinkafter12minand115minflowingcontinuouslyinthepurifying-tank为了定量表达水体的流动特性，提高抗冲击性，采用KCl溶液作为示踪剂，分别在一级厌氧槽中部、二级厌氧槽中部、好氧槽中部以及沉淀槽中部定时取样，测定其溶液的电导率．图3表示KCl溶液示踪实验中电导率随时间的变化结果．一级厌氧和二级厌氧的电导率经时变化曲线极为相似，当到达某一时刻后，电导率快速增加，而好氧区的电导率经很长时间才会缓慢增加，反映出全混流的特性，从浓度高低来说，进口处的高浓度区是靠平推流形式向前推进流到后续区域，充分体现了抗冲击性能力．图3不同测定点KCl溶液电导率的经时变化Fig.3VariationoftheconductivityoftheKClsolutionwithtimeatthedifferentdeterminationpoints2.2挂膜和启动结果生物膜在载体表面形成，首先是微生物要在载体表面附着．在生活污水的厌氧井中，通过进水的冲击和人工的搅拌，给微生物从液相转移到载体表面提供了充分条件，由于细菌具有胶体粒子的性质，尺度约为1.0,μm，自身布朗运动也增加了它与载体表面接触的机会．在实验中可以观察到由于厌氧污泥的亲水性很差，挂膜较难，需要微生物分泌一些黏性代谢物质在填料表面上附着，增加微生物的附着能力，约一周后，微生物在填料表面获得一个相对稳定的生存环境后开始通过所提供的底物进行繁殖、增长．先是在载体表面不规则处形成小的、分散的微生物菌落，并逐渐扩大．10,d后，填料表面形成了一层很薄的厌氧膜，但是膜的厚薄不均，沟槽处的膜较厚，适应期形成的分散菌落迅速增长，逐渐覆盖载体表面，这个挂膜阶段需要近一个月的时间．成熟后的厌氧生物膜为不易剥落、质地均匀的黑色膜．厌氧挂膜填料表面前后变化情况表示在图4中．图4厌氧挂膜填料表面前后变化Fig.4Variationofthepackings