农村污水多级取水一体化污水处理设备

随着农村经济的发展，抽水马桶进一步普及，农民生活用水量明显增加。农村生活污水处理逐渐成为水污染治理的重点。农村污水排放具有排放量小、排放分散、冲击负荷大、污水排放流量和有机负荷波动大等特点。同时，由于建设相对滞后、管网缺乏、城市化进程加快、可利用土地面积减少等一系列原因，集约化小型集成污水处理设备成为农村污水处理的良好选择。

农村分散点源污水处理设备受污水量太小，其设计和运行不能套用数万吨城市污水处理能力得出的参数。现有MBR工艺操作复杂，建设投资高；而且人工湿地、氧化塘等工艺存在占地面积大、负荷低、稳定性差的问题，难以在农村广泛应用。与此同时，农村和城市的污水质量存在很大差异。因此，研究一体化污水处理设备处理农村生活污水具有重要的现实意义。

本研究在传统UCT工艺的基础上，根据溶解氧、碳源需求和农村污水水质的特点，设计了多点分段进水综合处理脱氮除磷工艺。以北京市通州区农村污水为例，对比分析了分段进水和传统进水对处理效果的影响，为相关应用提供支持。

一.方法和材料

1.1反应器设计

该反应器配备有三个主要单元:厌氧单元、缺氧单元和好氧单元。污水通过厌氧单元、缺氧单元和好氧单元进入水中。污泥回流有两种方式:二沉池回流至缺氧单元，缺氧单元回流至厌氧单元。流程如图1所示。

反应单元都是圆柱体。厌氧单元和缺氧单元直径为80毫米，有效水深为1000毫米；好氧单元直径100mm，有效水深1600mm。

1.2进水水质

实验场地建在通州区小污水处理站，实验水质见表1。

1.3实验设计

系统启动和国产化

本实验中的污泥取自北京某污水处理厂，驯化过程分为两个阶段:

第一阶段:原污水以半水力负荷连续进水，无污泥排放，直至MLSS达到2500mg & # 8226L-1 .

第二阶段:在原水中加入葡萄糖补充碳源，满水力负荷，排泥运行。反应器的MLSS维持在2500 ~ 3000mg & # 8226；L-1，当污泥沉降性能良好，镜检出现大量钟虫和轮虫时，若出水各项指标基本稳定，则认为污泥接种驯化完成，反应器启动成功。

操作参数见表2。

1.3.2水质分析法

实验中待测的水质指标及其分析方法见表3。

实验设计

分段进水法:1)单点进水，即污水从厌氧区进入水中，再通过厌氧-缺氧-好氧流出；2)两级进水，厌氧区和缺氧区同时进水，进水比例为5:5；3)第三阶段进水，污水同时从厌氧区、缺氧区和好氧区流入，进水比例为4: 3: 3。稳定状态下的取水和分析。在室温下运行。pH7.3~7.7 .好氧池溶解氧高于2mg & # 8226L-1 .

1.2结果和讨论

2.1进水方式对COD去除的影响三种进水方式对系统COD去除的影响如图2所示。

在试验过程中，进水COD浓度在220毫克到390毫克之间变化。L-1 .COD去除率为83.9% ~ 96.9%。其中，进水方式为三级进水时，去除率为93% ~ 97%，分别比单点进水和二级进水提高约15%和8%。

据分析，多级设计在小体积内改善水质，上一级未降解的污染物可在下一级继续，从而改善水质。本研究设计了多级缺氧-好氧组合，提高了难降解有机物的高效分解，进而提高了后续好氧阶段有机物的完全降解。在多级进水系统中，厌氧区和缺氧区对有机物的去除显著提高，这意味着厌氧区的释磷和缺氧区的反硝化带来了有机物浓度的降低。

在厌氧条件下，除磷菌分解体内多聚磷酸盐产生ATP，废水中的有机物被ATP摄入细胞内，以聚β-羟基丁酸等有机颗粒的形式储存在细胞内。同时，多磷酸盐分解产生的磷酸排出体外，完成释磷过程。这个过程需要有机物的参与，从而提高厌氧区有机物的去除率。

2.2进水方式对总氮去除的影响

三种进水方式对TN去除的影响见图3。系统进水总氮浓度为27 ~ 42mg & # 8226；L-1 .TN去除率为73.0% ~ 86.2%。其中，采用三级进水模式时，去除率较高，为82.9% ~ 86.2%，分别比单点进水和两级进水高13%和6%左右。

实验发现，分段取水对硝化作用影响不大，三种方式对氨氮的去除率相近。反硝化作用多发生在第一缺氧池，这被认为与该区域高比例的进水和污泥回流带来的高浓度硝态氮和有机物有关，这与T.Y.Pai等人的研究一致，同时该区域COD的去除率较高，反映了该区域反硝化过程对碳的利用。

2.3进水方式对总磷去除的影响

三种进水方式对TP去除的影响如图4所示。系统进水总磷浓度为1.7 ~ 5.7mg & # 8226；L-1，TP去除率为77% ~ 91%。其中去除率为86% ~ 91%，分别比单点进水和两段进水提高约13%和5%。

综上所述，系统中的段数对工艺的去污效果影响很大。随着系统段数的增加，各段进水比例相应降低。反硝化菌和聚磷菌可以充分利用各段进水中的有机碳源，从而提高系统的脱氮除磷效率。

本研究系统遵循UCT工艺理念，将污泥直接回流至缺氧池，避免了回流污泥中的DO和硝态氮对厌氧区磷释放条件的影响，包括对溶解氧的影响，同时避免了厌氧条件下反硝化过程中硝态氮和磷释放对碳源的竞争，使磷在厌氧条件下大量释放，从而提高后续好氧池的聚磷(除磷)效果。

传统单点进水的UCT工艺，使得流入缺氧池的碳源无法满足回流中硝态氮的反硝化要求，因此单点进水的反硝化效率相对较低。两级进水补充了更多的碳源，缓解了回流中硝态氮的反硝化需求。部分进水同时流入厌氧和缺氧池，为缺氧池厌氧释磷和回流硝化液反硝化提供了一定量的碳源。当两点进水相等时，进水中碳源可以满足缺氧池回流硝化液的反硝化需求，但厌氧池释磷所需碳源不足，除磷效果差于预期。

在本研究中，水中的碳氮比较低，碳源在很大程度上是限制反硝化效率的因素。因此，可以在不增加污泥回流比的情况下，通过增加第一阶段的进水比来提高脱氮效果。多点进水可以合理分配进水流量，尽可能缩短厌氧释磷的延迟时间，增加进水中用于脱氮除磷的碳源比例，从而大大提高脱氮除磷效率。

动词 （verb的缩写）结论

在污水生物处理过程中，在生化组合单元容积和二沉池固体负荷相同的情况下，采用分段进水工艺，与传统污水处理工艺相比，可明显提高氮磷的去除效果。采用三级进水时，COD、TN和TP的去除率分别为93% ~ 97%、82.9% ~ 86.2%和86% ~ 91%，比单点进水和二级进水分别提高了15%和8%、13%和6%、13%和5%。因此，选择多级进水运行模式可以有效提高污水处理系统中氮磷的去除效率。(来源:中国通用机械工程有限公司；北京市通州区水务局；北京水利科学技术研究所)

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