田园生活污水处理填料生物转盘技术

随着经济的发展和农村城镇化的推进，自来水、厕所、淋浴、整体厨房等城镇化设施在农村逐步普及，导致农村用水习惯发生显著变化，用水量增加，污水排放量增加。然而，在大多数农村地区，基础配套设施不齐全，缺乏污水收集和处理的环保设施，带来了严重的环境污染和公共卫生安全问题，引起了社会的广泛关注。根据农村的经济和技术条件，有效处理农村污水是非常必要的。

近年来，政府加大了对农村水环境治理的投入，建设了一批集中污水处理厂和农村分散污水处理站。但是面对占全国总面积近90%、人口约50%的农村，已经建成的农村污水处理站，大部分都是财政解决不了的。由于农村基层缺乏经营管理技术、经验和专业技术人员，不能正常运行或长期闲置，造成环境污染和国有资产流失。因此，结合农村的实际情况，研究和开发适合农村的一体化装置污水处理对我国农村环境污染治理具有深远的意义。

针对我国农村家庭较为分散，没有污水收集管网或地形复杂，污水难以收集的情况，在前人研究的基础上，改进了一种以农户为处理单元的一体化污水处理装置——生物转盘%,并对其在农户中的处理效果进行了研究，为农户污水的分散处理提供了技术参考。

第一，实验部分

1.1包装生物转盘

实验生物填料转盘装置由罐体、填料转盘和电机组成，如图1所示。该池为半圆柱形，分为三部分:厌氧区、好氧区和沉淀区，是典型的A/O工艺。

池塘直径0.6m，长度1.6m，有效容积约0.22m3，其中厌氧区长度0.3m，好氧区长度1.1m，沉淀区长度0.2m，设计处理规模为0.3m3/d(3-4人/户)。生物填料转盘装置的厌氧区和好氧区设有填料转盘。厌氧区填料转盘直径为0.2m，长度为0.25m，填料为φ10mm轻质多面空心球生物填料，完全浸没在水面下。好氧区填料转盘直径0.5m，长度0.9m，填料φ20m。填料高度为转盘直径的0.75倍，以防止填料结块，有利于老化生物膜的脱落和空气传质。沉淀区填料高度为0.2m，填料直径为3 & # 12316；5mm活性炭颗粒，底部有出泥口，重力排泥。

农村生活污水由家庭化粪池收集，用泵打入厌氧区，污染物在厌氧微生物的作用下得到初步降解。厌氧出水溢流进入好氧区，在好氧区生物膜的作用下，污染物被碳化、硝化，得到充分降解。降解出水在沉淀区沉淀，经滤料过滤后，一部分回流至蠕动泵进水口，一部分排放。水中脱落的生物膜沉淀到沉淀区的底部，并定期排放到化粪池。在排放的同时，滤料的反冲洗是靠重力流完成的。

在厌氧区和好氧区，有一个填料转盘，由电机驱动，对厌氧区进行搅拌，对好氧区进行机械曝气，从而节省能耗，降低运行成本。填充的轻质生物填料用作生物膜固定介质，形成更大的生物附着表面。为便于操作和管理，该装置的动力来自减速电机，结构简单。该装置是结合生物滤池和生物滤池的特点设计的，属于生物膜法。活性污泥法不存在污泥漂移、膨胀、泡沫等问题，易于管理，生物量大，污泥产量小，处理效果好，适合农村家庭使用。

1.2实验水质

实验于2017年4月在秦皇岛市卢龙县董家洛的一个农家进行。这个农民有4口人，家里有一个化粪池。他家厨房、洗手间、院内洗衣房的废水进入化粪池。经初步分析测试，平均废水量为0.24m3/d，废水COD为160 & # 12316；260毫克/升.NIV-N的质量浓度为16.8 & # 12316；23.6毫克/升.TN的质量浓度为24.2 & # 12316；32.5毫克/升.TP的质量浓度为1.5 & # 12316；4.8毫克/升.pH值为7 & # 12316；8。

1.3设备启动和运行

生物转盘装置的生物膜培养采用间接膜法。接种污泥取自秦皇岛市a 污水处理厂的剩余污泥，与生活污水以4: 1的比例混合，然后泵入生物转盘的厌氧区和好氧区。启动填料盘，以2r/min的速度旋转曝气培养，24小时后关闭转盘沉淀2h，沥干上清液，泵入新鲜生活污水，然后启动转盘曝气培养，重复上述操作。7天左右，转盘的框架和填料表面挂了一层薄薄的灰色生物膜，底部污泥通过沉淀排出。连续向底泥中加入少量水进行动态培养，并逐渐增加流速。约20天后，填料上的膜明显变厚，摸上去光滑而有粘性，镜检出现轮虫和线虫，说明生物膜成熟，流速调整到设计流速运行。

1.4分析项目和方法

COD、NH4+-N、TN、TP常规水质指标采用联华科技多功能水质分析仪，按照国家环保部颁布的相应标准方法测定。pH DO用hash便携式酸度计和溶解氧测定仪测定。

二。结果和讨论

2.1 COD处理效果

生物转盘装置在生物膜培养阶段，即生物膜形成的启动阶段，COD的变化和去除效果如图2所示。

从图2可以看出，填料生物转盘启动阶段进水的COD为170 & # 12316；250mg/L时，培养初期系统的COD去除率达到23.6%，这是由于投加的活性污泥菌株的吸附作用。随着投加的活性污泥适应系统并附着在填料上，COD去除率稳步上升，培养7-8天，COD去除率稳定在50%以上。如图3(a)所示，转盘框架和填料表面挂有一薄层浅灰色生物膜。系统改为小流量连续进水。第9天和第10天，COD的去除率略有下降，主要是因为两个原因:一方面，为了减少活性污泥与生物膜的竞争，底部活性污泥排出，导致处理效果下降。另一方面，进入系统的水流量小，导致初期有机物较少，影响了生物膜对有机物的降解。随着流速的增加和系统微生物对连续进水的适应，COD去除率不断提高，20天左右稳定在75%以上。转盘框架和填料表面的灰色生物膜明显增厚，如图3(b)所示，出水COD稳定在50mg/L以下，表明填料生物转盘挂膜完成。整个挂膜周期长达20天，比普通生物滤池长。主要原因是:一方面，秦皇岛地区4月气温低，早晚温差大；另一方面，填料在转盘中随转盘旋转，比静态填料吸附挂膜慢。

2.2氨氮的处理效果

生物旋转填料床生物膜培养阶段NH/-N的变化和去除效果如图4所示。

从图4中可以看出，挂膜启动后的前6天，NH/-N的去除率较低，平均不到8%，生长缓慢，主要是因为在挂膜初期，细菌不稳定地附着在转盘的填料上，随着转盘的转动容易分离；同时，硝化细菌是自养细菌，其生长速度比降解有机物的异养细菌慢。它们在与异养菌争夺碳源和溶解氧方面处于劣势，影响硝化反应，需要更长的时间附着和适应旋转填料表面。6天后，NH/-N去除率迅速上升，16天左右达到81%，表明硝化菌适应新环境后开始大量生长繁殖，与异养菌的竞争劣势减弱。20天左右，去除率达到85%以上，运行稳定。

2.3总氮处理效果

污水中总氮的去除是通过微生物同化和反硝化来完成的，其中同化对TN的去除较少，反硝化是总氮去除的主要过程。然而，反硝化作用需要在好氧区产生硝酸盐。在系统启动初期，填料生物转盘的生物膜没有形成，好氧区混合液中产生的硝酸盐较少。因此，启动初期不进行硝化液回流和总氮的测定。本实验中，生物膜培养20天后，硝化液开始回流(重力回流至泵入口)，回流比为150%。TN的变化和去除效果如图5所示。

从图5可以看出，当混合液回流比为150%时，运行第二天TN的去除率将达到36.3%，这表明前20天厌氧区填料中已经存在反硝化菌的生物膜。回流后为反硝化菌的反硝化创造了有利条件。之后TN的去除率逐渐升高，在反硝化实验的第5天，TN的去除率达到60%以上，说明厌氧区的生物转盘为反硝化细菌提供了良好的生长环境，促进了反硝化细菌的快速生长和繁殖。

2.4系统稳定运行的处理效果

生物转盘中生物膜培养完成后，系统将进入正常运行阶段。2017年5月至11月系统运行效果见表1。进水水质和出水水质为测量期间的平均值。

从表1可以看出，填料生物转盘在运行期间(5-11月)运行稳定，COD、氨氮、总氮、总磷的去除效率分别稳定在75%、85%、65%、75%以上。出水水质的COD、氨氮和总氮均优于F镇污水处理厂污染物排放标准(GB 18918-2008)11月份的处理效果略低于其他月份，这是由于气温降低，填料转盘上生物膜的生物酶活性减弱，降解速率减慢，导致污染物去除效果下降。因此，冬季设备运行时，应考虑加罩或置于室内等保温措施。

2.5设备运行管理

由于农村家庭污水量少，装置设计采用的进水泵为蠕动泵，与污水无直接接触，不存在泵的堵塞、腐蚀等问题。只需定期检查泵的蠕动管，如果发现损坏，则更换。除了泵，该装置还有一个动力设备减速电机，基本不需要维护。上层工艺单元采用生物膜法，不存在活性污泥法的污泥膨胀等技术问题，不需要专业技术人员进行运行维护。运行过程中，定期打开排泥阀，将沉淀区的污泥排至化粪池，并排出底部污泥。同时，沉淀池中的填料也要同时进行反冲洗，一般冬季10-15天，夏季3-5天，直到沉淀区的水排尽。整个操作过程简单，不需要专业技术人员。

三。结论

1)填料生物转盘装置能够实现农村家庭生活污水污染物的处理，结构紧凑，占地面积小，无需专业维护，用户操作管理简单，适用于农村家庭分散生活污水的处理。

2)填料生物转盘装置稳定运行后，对污水中的COD、氨氮、总氮、总磷有较好的去除效果，出水水质稳定。出水COD、氨氮、总氮优于GB 18918—2002中的一级A排放标准，TP可满足GB 18918—2002中的二级B排放标准。(来源:河北环境工程学院)

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