高效藻类塘系统处理太湖地区农村生活污水的中试研究陈广

叩口晌.璐叨硬口竹翻`阅班田晰高效藻类塘系统处理太湖地区农村生活污水的中试研究陈广黄翔峰安丽何少林李旭东杨殿海周琪(同济大学环境科学与工程学院,上海210092)摘要采用二级串联高效藻类塘系统处理太湖地区农村生活污水的试验结果表明,水力停留时间为sd条件下,该系统对COcDr、TN、TP的平均去除率分别为69.4%、41.7%、45.6%,该工艺对NH3一N的处理效果很好,平均去除率达到了90.8%。高效藻类塘系统对COcDr、TN、TP的削减量分另,l为16.1829/(mZ·d)、一9049/(m,·d)、0.1549/(mZ·d)。与传统氧化塘相比,高效藻类塘具有占地面积小、停留时间短、对污染物处理效率高等特点,而且高效藻类塘系统设备简单,建设成本低,运行能耗低,系统启动快,基本无需专人管理,因此该工艺适合在气候温暖、阳光充沛的农村地区推广应用。关键词高效藻类塘藻菌共生系统生活污水处理脱氮除磷太湖地区Pilot一scaleresearehonhighratealgalPondforruraldomesticsewagetreatmentatareaaroundTaihuLakeChenGuang,HuangXiang一feng,AnLi,HeShao一lin,LiXu一dong,YangDian一hai,Zhou一qi(sc人002。fEnviornmentazsciene。&Engineering,oTngjinUiversit夕,Shanghai200092,hCina)Abstraet:Highratealgalpond(HRAP)hasbeendevelopedfromeonventionalstabilizedpond.Pilot一sealeexPerimentwaseonduetedonaHRAPsystemtreatingruraldomestiesewageinTaihuI、akearea,JiangsuProvinee.TheexperimentalresultsshowedthatineasewhenHRT=8dtheaverageremovalsforCOD,TN,andTPwere69.4%,41.7%and45.6%respeetively.Speeially,thissystemhasgoodperformaneetoremoveammonianitrogen,averageremovalof90.8%hasbeenobtained.ThedeerernentsofCOD,TNandTPofthissystemare16.1829/(m,·d),1.904g/(mZ·d)and0.1549/(rnZ·d)respeetively.Comparedwitheonventionalstabilizedpond,HRAPhasadvantagessuehassmallerareaoeeupation,shorterHRTandbetterremovaleffieieney.Besides,theinvestmentandoperationexpensesarelow.Therefore,thisteehnology15suitabletoapplyinruralregion,wheretheweather15warmandsunshine15unstinted.Keywords:Highratealgalpond;Algae一baeteriasymbiotiesystem;Ruraldomestiesewagetreatment;DenitrifieationandPremoval;TaihuIJakearea近年来,随着太湖流域点源污染控制工程的实施,流域内农村生活污水、农田径流和养殖污水已成为太湖水体富营养化的主要污染物来源。农村生活污水作为太湖非点源污染重要组成部分,如果不能得到及时有效的控制,太湖的水质仍难以得到进一步控制和改善。本课题采用二级串联高效藻类塘工艺对太湖某示范区内的农村生活污水进行处理试验。给水排水vo一32N.o2200637DOI:10.13789/j.cnki.wwe1964.2006.02.010丫犷内藻类种类及叶绿素每周监测1一2次)。表1a浓度等指标(以上所有指标污水水质CCCO玖!rrrTNNNTPPP以〕〕碱度度PHHH///mglll//mg/LLL/mg/I砂砂/mg1/JJJ/nlg/LLLLL44443.66685.2226.19990.888477.222888表2运行条件水水力负荷荷COD负荷荷TN负荷荷TP负荷荷停留时间间///em/ddd/g/(mZ·d)))/g/(mZ·d)))/g/(mZ·d)))/dddlll44418.9995.7770.37778882结果与讨论2.1运行结果试验运行期为2004年10月~2005年4月,在运行期内该示范区气候条件月变化情况见表3。表3示范区气候参数月变化日期}气温/℃}日照长度h//月}降雨量/mm/月乃乙ē匕0OU,.1ùU0009óné内了19é,丈,11.1,.工n乙高效藻类塘(highratealgalpond,HRAP)是美国加州大学伯克利分校的Oswald于1963年在传统氧化塘的基础上提出并发展的川。高效藻类塘是通过强化菌藻共生系统来去除污染物的,主要有以下几个方面的特征:①塘深较浅,一般为。.3一0.6m;②有连续搅拌装置,促进塘内的污水与藻类完全混合并推动水流作环型或螺旋型流动,流速在。.15~。.45m/s;③停留时间较短,一般随季节不同在4一10d内变化;④高效藻类塘通常分成几个狭长的廊道,所以廊道的宽度较窄。本课题旨在研究二级串联高效藻类塘工艺处理太湖地区农村生活污水的效率、主要影响因素等,以便确定工艺的最佳运行参数,为它的推广提供科学依据。1材料及方法1.1试验装置试验装置设在太湖流域某示范区内,共由四个构筑物组成(见图1)。搅拌装置一一一一一一燮蕊曰曰曰曰曰曰曰曰曰曰化化化化化化化化化化lll粪粪粪粪粪粪粪粪粪粪水水池池池池已兰当_____生生...卜卜卜卜卜辐辐塘塘塘塘塘塘塘塘塘.......卜卜04100411041205010503050418.814.艺&18.4.8113.180.11.8474120.1图1高效藻类塘系统流程各农户的生活污水通过管网收集自流进人化粪池,然后由潜污泵送人主体处理装置。污水依次经过一级高效藻类塘、二级高效藻类塘,得到净化,再流经水生植物塘,以分离水中的藻类,最后排放。化粪池有效容积为16m“,每级高效藻类塘长16m,宽sm,中间设挡水墙将池子分隔为一个循环廊道,池内水深0.sm,由潜流推进器推动水流以0.35m/s的速度在塘内流动。水生植物塘种植有水花生和浮萍,有效容积为20m3。1.2试验方法试验装置运行期间平均进水水质情况见表1,由于污水内含有大量的冲厕水,污染物浓度相对较高。系统运行条件见表2。试验参照《水与废水监测分析方法))(第4版)分析了COcDr、TN、氨氮、硝态氮、TP、正磷酸盐等水质指标,还检测了HRAPHRAP系统对污染物的去除效果见图2一图6。在该系统中,COD主要通过微生物降解去除,运行期内平均出水COcDr浓度为120.01mg/L,平均去除率为69.4%。COcDr去除率在4月12日(冬季)最低,只有46.9%。岁需逝报田806040暨暨暨山锄已\ó。口OU图2CO氏r浓度及其去除率氮主要通过氨氮挥发阁、硝化反硝化陈3〕、藻类及水生植物的同化作用川去除。运行期间平均出水TN浓度为47.1mg/IJ,平均去除率为41.7%。TN在4月12日的去除率很低,仅为9.21%。值得注意的是该系统对氨氮的去除效果很好,运行期内氨38给水排水vo一32No.22006岁禽逝邢_______弓弓瞥瞥博对……lll瓢蘸蘸蘸曰、buDJ、之ó图3TN浓度及其去除率撇撇撇撇矍矍矍矍矍撇撇撇撇撇撇撇为3.nmg/L,平均去除率为45.6%。TP在4月12日的去除率最低,仅为8.9%。正磷酸盐的平均出水浓度为2.62mg/L,平均去除率为33.8%,4月12日的去除率最小为6.2%。2.2影响高效藻类塘处理效果的因素高效藻类塘是该系统核心处理装置,其运行效果直接影响整个系统对污染物的去除效果,因此本课题重点研究了影响高效藻类塘处理效果的因素。2.2.1光照对于藻类来说,光因子特别重要。光是藻类光合作用的能源,而光又有着明显的时旧、季节)空(经度、纬度)变化,因此光照是藻类生长的限制因子。而光照时间是结合了光周期、光强、阳光辐射量等因素的一个综合性参数圈,因此本试验以光照时间作为光因子,研究了光因子与藻类生物量的关系。叶绿素a是藻类普遍具有的一种色素,也是光合作用不可缺少的主要色素,所以本试验以叶绿素a浓度来表征藻类生物量。岁禽逝稍00908070曰锄日、之|价忿之日期图4NH3一N浓度及其去除率遥回宫誉嗽岁需淡邢斌交飞厂。2`~es`一一一一`一一一一`一一04100411041,0气nln气n飞n`八d、之叻日、ù瑕断吉瞥瞥瞥瞥瞥瞥瞥瞥}}}}}篡篡篡篡摧摧月月月月锰已ó山l图5TP浓度及其去除率藻藻藻藻藻藻缨缨缨缨矍矍图6P阴-一P浓度及其去除率氮平均出水浓度仅为5.73mg/12,平均去除率为90.8%,5月3日氨氮去除率出现最小值71.7%。磷主要是通过沉降、藻类及水生植物的同化吸收作用圈得到去除的。运行期间平均出水TP浓度图7一级HRAp/二级HRAP内的叶绿素a浓度及光照时间HRAP中藻类的光合作用对整个塘系统的正常工作起着至关重要作用,而光照又是光合作用决定性的因素,所以光照是影响整个塘系统处理效果的关键因素之一。如图7所示,藻类生物量随着日照时间呈正相关性变化。当春秋季节,日照时间较长,藻类生物量较大,此时整个塘系统的处理效果也较好(见图2一图5),而在冬季日照时间短,则藻类生物量达到最低点,对应的冬季处理效果也很低。陈鹏川在上海地区研究了光照对HRAP的处理效果的影响,也认为夏季HRAP的处理效果明显优于冬季,其中一个重要原因就是夏季的阳光辐射量远高于冬季。2.2.2温度岁洛榭醒来蕊日ùd11ùod给水排水vol.32阮2200639藻类对温度有一定的忍受限度。对于大多数藻类来说,它们的最适生长温度大约是18一25℃。一般说来,蓝藻、绿藻的温度适应范围偏高,故多出现于夏、秋季;金藻、硅藻等则喜较低的温度,故多出现于早春、晚秋和冬季。在高效藻类塘中各个季节出现不同的优势藻种正体现了温度作为主要控制因子之一对藻类生长的影响。Canovas5.,pieotB.等人研究了位于法国M改e的HRAP中优势藻随季节变化的规律8j[:在冬春季,优势藻是栅藻属,夏季优势藻为微囊藻,秋季优势藻是小球藻、盘星藻和绿藻。除此之外,塘内还有纤维藻、小绿藻、裸藻、多茫藻等。本试验中,春季的优势藻类为栅藻属,主要是四尾栅藻及其变种;冬季优势藻类为硅藻属,主要是小环藻、舟型藻。2.2.3停留时间(殉sald建议采用HRAP处理生活污水的HRI,取4一sd可获得较好的处理效果。Cro~.NJ.和aFnowfleldH.J.研究了HR虹〕系统与停留时间的关系图,认为停留时间从4d变为7d,干生物量和叶绿素a的浓度增加,硝化反应的程度增加,磷的去除率也得到增加。GareiaJ.,M哟eriegoR.等研究了停留时间与HRAP处理城市污水脱氮性能的关系,他们认为增加HRT可提高TN的去除率,还发现HRT不仅决定氮的去除率,而且还决定出水的氮的各种形态分布。本试验中HRAP的停留时间为sd,CO玖r平均去除率为69.4%,TN平均去除率为41.7%,TP的平均去除率为45.6%,出水中氮的主要形态为硝态氮。2.3系统的污染物削减能力由试验装置半年多来运行情况可核算该污水处理系统对各主要污染物的削减能力。污水流量10耐d/,系统占地200mZ,按该系统平均处理效果计算,对COcD,、TN及TP的平均削减量为16.1829/(mZ·d)、1.