ABR法处理典型农村生活污水的试验研究

第47卷第8期当代化工Vol.47，No.82018年8月ContemporaryChemicalIndustryAugust，2018基金项目：陕西省自然科学基金，项目号：2014JM2-5063；陕西省教育厅专项基金项目，项目号：No.15JK1862；榆林学院高层次人才科研启动基金项目，项目号：13GK27。收稿日期：2018-01-19作者简介：刘聪（1985-），女，陕西省渭南市人，讲师，硕士，2012年毕业于长安大学市政工程专业，研究方向：污水处理理论与技术。E-mail：[e-mail]。刘聪1，张钦库1，吴喜军1，高楠2（1.榆林学院输配水及水污染控制研究中心，陕西榆林719000；2.陕西有色榆林新材料集团有限责任公司，陕西榆林719099）：以临渭区交斜镇的典型生活污水工程为例,研究了ABR反应器对处理该类生活污水的实际处理效果。从反应器的启动、HRT影响、耐冲击负荷影响、氮磷去除效果等各方面进行了试验研究。结果表明,历时约60d左右，COD出水浓度维持在100mg/L以下，去除率在85%左右,反应器启动成功，该工艺的最佳水力停留时间为10h，COD去除率达到86.8%，且ABR反应器具有较强的耐冲击负荷能力，但相对而言，氨氮去除效果不佳，甚至有局部升高的现象，建议通过增加后续人工湿地方法实现脱氮除磷目的。：农村生活污水；ABR反应器；水力停留时间；COD去除率：X703：A：1671-0460（2018）08-1574-04StudyonTreatmentofTypicalRuralDomesticSewagebyABRMethodLIUCong1,ZHANGQin-ku1,WUXi-jun1,GAONan2（1.WaterSupplyandWaterPollutionControlResearchCenter,YulinCollege,ShaanxiYulin719000,China；2.ShaanxiNonferrousMetalHoldingGroupYulinNewMaterialCo.,Ltd.,ShaanxiYulin719099,China）Abstract:TakingthetypicaldomesticsewageprojectofLingweidistrictJiaoxietownasanexample,theactualtreatmenteffectofABRreactoronthiskindofdomesticsewagewasstudied.Theexperimentswerecarriedoutfromtheaspectsofthestartupofthereactor,theinfluenceofHRT,theinfluenceofimpactloadandtheremovalefficiencyofnitrogenandphosphorus.TheresultsshowedthattheCODineffluentwasmaintainedbelow100mg/Lforabout60days,andtheremovalratewasabout85%,thereactorwassuccessfullylaunched,theoptimalhydraulicretentiontimeoftheprocesswas10h,theremovalrateofCODwas86.8%,andtheABRreactorhadastrongresistancetoimpactload.However,inrelativeterms,theremovaleffectofammonianitrogenwasnotgood,andtherewasevenalocalincrease,it'ssuggestedthatthepurposeofnitrogenremovalandphosphorusremovalshouldbeachievedbyaddingafollow-upartificialwetlandmethod.Keywords:Ruralsewage;ABRreactor;Hydraulicretentiontime;CODremovalrate近年来，随着乡村经济的不断发展，人们的生活质量不断提高，同时反映出的污水排放量问题也不容忽视。据相关统计，预计到2020年中国农村污水排放量达到270亿t。农村生活污水主要来源于农民日常生活中的饮食、洗刷、排泄、生活垃圾随意丢放、家庭养殖禽畜粪便排放、雨水冲刷等。该类污水特点是水质水量不确定性强，分散度大，有机物含量偏高，且氮磷含量较大。农民日常生活污水处理率较低，放任自流排放随意性大。农村日常生活污水、禽畜粪便和禽畜养殖废水基本没做任何处理，除一些家庭的化粪池外就通过简单的排水通道排放到附近的水沟或河道，生活污水直接排放造成河流、水塘污染，影响村民居住环境潜在威胁农民的身体健康[1]。因此搞好农村生活污水治理工作会直接改善农村生态环境提高农民生活水平加快社会主义新农村建设促进农村经济和社会的可持续发展有着重要意义。1ABR工艺概述针对农村生活污水的典型特点，这里选用厌氧生物处理法-ABR法进行试验研究。ABR法是结合了UASB反应器和SMPA反应器的优点[2]，整体呈现推流式反应特点，但实际局部却体现完全混式反应，最大的特点是能够有效地缩减死区容积，生物相区分性好，耐冲击力强，水力特性好，并且克服了平时厌氧处理单元的稳定性差，效率较低的问题。ABR法多用于工业废水的处理方面，刘德敏等人[3]就利用ABR+氧化沟的方法处理草浆造纸废水的研究，特别是高浓度有机废水。但近几年的研究表明，该法也逐步在国外应用于污水处理厂处理生活污水当DOI:10.13840/j.cnki.cn21-1457/tq.2018.08.010第47卷第8期刘聪，等：ABR法处理典型农村生活污水的试验研究1575中，并且取得良好的处理效果，大大节约了基建投资和运行费用[4]。2试验研究2.1.1试验装置及试验用水ABR反应器被分为4个隔室，采用h=6mm的有机玻璃制作，尺寸为520mm×100mm×310mm,有效容积为13.64L，其中各个隔室中设有向上流区域和向下流区域，且上流区域宽度为下流区域宽度的4/5,其中向上流区域底部挡板处设有45°导流板，方便水传送至隔室中心，保证了泥水充分混合均匀，同时内部还设置了弹性填料，保证了一定的污泥量。反应器顶部一定位置处设有取水口，为了确保反应室内的温度，反应器外壁缠绕着电热丝。反应器的示意图如图1所示。Fig.1Testinstallationdiagram试验用水取自临渭区交斜镇来化村的生活污水，该村由于沿108国道，大部分是普通居民，再就是有一定量的商户和小型餐饮业。该处的主要水质参数：COD=340~520mg/L，氨氮=18~39.3mg/L，总磷=9~16.8mg/L，pH=6.4~7.3之间，必要时加入一定量的微量元素，确保微生物生长所必需的生长因子，同时用碳酸氢钠调节容器内的碱度。采取的方法是通过调整水力停留时间来启动反应器，之后再进行其他水力特性试验。2.1.2反应器启动试验（1）接种污泥挂膜接种污泥来源于西安第三污水处理厂，活性较强，简单物理处理后的活性污泥至于密闭容器中，加营养液培养驯化1周后，接种于反应器隔室进行挂膜[5]。在HRT=24h前提下，保证连续进出水，一周后发现填料表面的污泥颜色变成了灰褐色，部分呈浅灰色，再过一段时间后，发现填料表面布满了亮黑色的絮状体，并且絮体表面会有大量气泡产生，还会出现大小不一的乳白色斑点，镜检后，发现絮体结构密实，并且发现大量微生物菌种，说明了污泥驯化培养已经成熟稳定化。（2）反应器的初启试验反应器初次启动温度控制在24℃左右，进水COD=400~460mg/L，采用较长的水力停留时间HRT=24h，确保了低负荷状态运行，容积负荷约为0.46kgCOD/(m3·d)。运行2、3、4周，观察出水COD的去除率及浓度变化。（3）反应器的重启试验将反应器停止运行1个月，之后再次进行启动试验，再次启动试验保证在一定的进水COD浓度前提下，通过不断的缩减HRT，增加反应容积负荷的条件下进行。首先建水COD浓度控制在360~450mg/L，也就是确定平均进水COD浓度在410mg/L左右，刚开始HRT保证在24h，容积负荷为0.41kgCOD/(m3·d)，运行2、3周后分别记录COD去除率。其次，缩短HRT为16h，容积负荷为0.58kgCOD/(m3·d)，运行1、2周后记录COD去除率。最后，缩短HRT为12h，容积负荷为0.84kgCOD/(m3·d)，运行1、2，3周后记录COD去除率，此时需观察出水COD的浓度。2.2.1COD去除率分析试验反应器成功启动之后，进入稳定的运行阶段。杜接弟等[6]研究了HRT对ABR处理低浓度废水的效果和颗粒污泥特征的影响，故试验采用稳定的COD浓度值进行试验，研究不同的水力停留时间和容积负荷的情况下，对有机物的去除效率。具体试验方案如下：初始阶段，水力停留时间为18h，待稳定运行之后，以HRT=18、14、10、6、4h的顺序分别进行试验，对应的容积负荷分别为0.48、0.95、1.33、1.97、2.24kgCOD/(m3·d)，观察每种工况下有机物的去除情况。2.2.2水力冲击负荷试验研究由上一个试验可找出反应器运行的最佳水力条件下的HRT和容积负荷。以反应器运行的最佳状态的运行参数作为试验基础，在此基础上通过缩短最初的HRT，增加容积负荷，稳定运行固定时间，再逐渐恢复至初始运行时间，每隔两个小时测定反应器出水的COD的变化规律[7]。2.2.3氨氮变化规律试验在整个反应器稳定运行试验期间，利用钠氏分光光度法有规律的测定进出水氨氮的变化情况。3试验结果与讨论初启试验中，反应器运行2周后，发现COD去除率为68.5%左右，3周为71%左右，4周为78%1576当代化工2018年8月左右，情况基本稳定，出水平均COD浓度维持在125mg/L左右。其中出水COD的去除率变化见图2。重启试验中，反应器中有一定量的微生物种群。当HRT=24h时，反应器运行2周后，COD去除率为73.5%，3周为78%。当HRT=16h时，1周为75%以上，2周为80%。当HRT=12h时，1周为75%，2周为78%左右，3周为85%左右，之后情况基本稳定，连续测样1周，发现出水COD浓度维持在100mg/L以下，说明反应器已成功启动。其中出水COD的去除率变化见图3。Fig.2ThechangeofCODremovalratewhenthereactorwasstartedFig.3ThechangeofCODremovalratewhenthereactorwasrestartedFig.4TheremovalrateofCODat18hFig.5TheremovalrateofCODat14h当HRT=18h，Q进=5.2mL/min，COD进平=374.5mg/L，COD出平=78.5mg/L，去除率79.1%，试验结果详见图4。当HRT=14h，Q进=7.4mL/min，COD进平=396.2mg/L，COD出平=64.8mg/L，去除率83.6%，试验结果详见图5。当HRT=10h，Q进=11.8mL/min，COD进平=376.4mg/L，COD出平=49.8mg/L，去除率86.8%，试验结果详见图6。Fig.6TheremovalrateofCODat10h当HRT=6h，Q进=18.9mL/min，COD进平=373.8mg/L，COD出平=67.9mg/L，去除率81.8%，试验结果详见图7。Fig.7TheremovalrateofCODat6h第47卷第8期刘聪，等：ABR法处理典型农村生活污水的试验研究1577当HRT=4h，Q进=26.7mL/min，COD进平=367.6mg/L，COD出平=77