乡镇污水处理低成本全过程控制技术
来源:   日期: 2015-8-25

陕西省环境科学研究院
薛旭东  孙长顺  王西锋  王佳

 
一、技术背景
  (一)渭河流域乡镇污水排放现状及存在问题
  随着城镇化进程的加快,镇域经济的迅速发展和人口的增加,乡镇规模不断扩张,乡镇的污水排放量也急剧增长,由于缺乏必要的污水收集和处理设施,生活污水、工业废水一同排进农村饮用和灌溉水体,使得大多数乡镇的水环境污染日益严重,环境恶化,水污染现已成为乡镇环境综合治理的难点和广大群众关注的焦点。2010年,关中COD和氨氮排放总量分别为35.98万吨和3.66万吨,村镇生活源分别占到COD和氨氮排放总量的19%和32%。村镇生活污染排放对渭河的污染十分严重。
  目前,乡镇污水处理面临的主要问题有三个。一是污水没有实现资源化回用。目前实施的分散污水处理只是初步实现了分散污水的收集、处理和排放,远未实现分散处理的真正目的——再利用,即将污水就地处理和回用相结合,实现污水资源化。二是污水处理费用高。国家政策只对新农村的污水处理建设进行了一次性投资,而没有考虑后期运行的费用。村镇没有专项的经费保障,无力承担污水站的运行管理费用,也很难将已建成的污水站管理运行好。三是污水处理工艺复杂,操作难度高。乡镇污水处理大都套用现有城镇污水处理工艺,流程长、过程复杂,对人员素质要求较高,污水处理系统运行、维护不佳。
  (二)现有处理工艺优缺点
  现有乡镇污水处理工艺优缺点见表1。

工艺 优点 缺点
城市污水处理工艺 工艺成熟、处理效果稳定 处理费用较高、运行管理难度大
湿地技术 运行费用低、易于维护、操作管理简单 占地面积大、易堵塞
厌氧+湿地 COD去除较好、操作管理简单 对氨氮去除率较差、湿地易堵塞
好氧+湿地 处理效果好、操作管理较简单 碳源分配不均衡,常出现能量浪费或湿地堵塞问题

表1   乡镇污水处理厂工艺及其优缺点

 
图1  乡镇污水处理低成本全过程控制技术示意图

 

装置 进水COD 出水COD 进水氨氮 出水氨氮
滴滤池+人工湿地 400 25 20 1.5
ABR+人工湿地 40 16

表2  实验室装置运行效果(均值,单位:mg/L)

 

水量:土地面积(m3:m2) 湿地可承担污染物处理量 备注
1:3以下 不建议采用湿地 ① 进水水质按照常规生活污水考虑,COD为400mg/L,BOD5为160mg/L;
② 湿地进水BOD5需小于100mg/L;
③ 人工强化工艺应选取好氧或厌氧+好氧方式
1:3~1:5 10~20%
1:5~1:8 20~40%
1:8~1:10 40~60%
大于1:10 65%

表3  不同水量和土地面积比例下湿地可承担污染物量

 
图2  间歇曝气条件下反应器出水COD及氨氮变化

 
图3  槐芽镇污水处理厂工艺示意图

 

监  测  结  果
分析项目     
样品编号    
唯一号
PH  
(无量纲)
化学需氧量
(mg/L)
生化需氧量
(mg/L)
氨 氮
(mg/L)
悬浮物
(mg/L)
石油类
(mg/L)
11

5
处理前
2013-139
7.42 215 65.3 22.32 136 0.07
A/O后
2013-140
7.24 48 9.6 4.65 42 0.04
湿地后
2013-141
7.13 12 7.3 0.62 8 0.01ND
11

6
处理前
2013-142
7.28 198 59.6 21.64 148 0.10
A/O后
2013-143
7.16 46 9.8 4.88 52 0.06
湿地后
2013-144
7.05 17 7.0 0.58 9 0.01ND
11

7
处理前
2013-145
7.42 206 62.3 21.78 129 0.08
A/O后
2013-146
7.18 48 9.5 4.92 38 0.04
湿地后
2013-147
7.11 13 8.1 0.76 7 0.01ND
11

8
处理前
2013-148
7.35 186 59.4 21.03 137 0.11
A/O后
2013-149
7.28 38 9.2 4.62 44 0.07
湿地后
2013-150
7.24 15 7.7 0.52 8 0.01ND




处理前 7.36 196 60.7 21.52 138 0.08
A/O后 7.21 44 9.5 4.76 45 0.05
湿地后 7.13 13 7.4 0.54 8 0.01ND
结  论 A/O工艺处理后监测结果符合DB 61/224-2011《黄河流域(陕西段)污水综合排放标准》一级标准和GB 8978-1996《污水综合排放标准》一级标准;
湿地系统后监测结果符合GB 18918-2002《城镇污水处理厂污染物排放标准》一级A类标准。
备   注 /

表4 示范工程验收监测结果

二、技术研究
  (一)技术简介   乡镇污水处理低成本全过程控制技术从污水处理厂的设计开始,到建设和运行均提出了相关的控制措施。在设计方面:①选取“人工强化处理+湿地”的处理模式,将污水处理费用最优化;②根据当地建设面积和水量的比例,优化污染物分配方案,减少能量浪费或湿地堵塞问题;③提供部分设计参数。在建设方面开发了多种利用自然能源的节能设备,降低后期运行成本。在运行方面:①好氧段采用间歇曝气的运行模式,减少能量消耗;②采用多元化能量供给模式,充分利用自然能源;③安装网络监控系统,随时随地发现问题,提高运行管理水平。
  (二)工艺研究
  1.工艺组合研究
  实验室建立两套装置,分别为“滴滤池+人工湿地”(好氧系统)和“ABR+人工湿地”(厌氧系统),通过1年的试验,其运行效果见表2。   由表1可见,“滴滤池+人工湿地”处理后COD去除率为94%,氨氮去除率为93%,而“ABR+人工湿地”系统处理后COD去除率为90%,与好氧系统相当,氨氮的去除率仅为20%,远低于好氧系统。因此,本技术在工艺选择时选取“好氧+人工湿地”或“厌氧+好氧+人工湿地”的工艺组合,即“人工强化+湿地”系统。
  2、污染物分配研究
  本技术以湿地可处理污染物为基础,结合人工强化工艺,对不同水量和土地面积比例下湿地可承担污染物量进行计算,从而将“人工强化+湿地”工艺中相关参数进行确定,详见表3。   (三)运行方式研究
  实验室在完全混合式反应器中采用间歇曝气方式对模拟生活污水进行处理,每天曝气8小时,停止16小时,水力停留时间12小时,进水COD400mg/L,氨氮20mg/L。反应器出水COD及氨氮24小时变化见图2。   由图2可见,在曝气开始前,反应器出水COD及氨氮达到最高,分别为48.6mg/L和4.91mg/L。在开始曝气后,反应器出水中COD和氨氮逐渐下降,其中COD在最初两个小时下降较快,随后下降速度逐渐放缓,氨氮下降速度基本保持稳定。可见在每天间歇曝气8小时条件下,反应器出水能够稳定达标。
三、示范工程应用
  (一)示范工程介绍
  本专题示范工程为陕西省眉县槐芽镇污水处理厂,建设规模2000m3/d,处理工艺采用“水解+好氧+湿地”工艺组合,利用其建设地点现有的自然湿地结合人工强化系统对污水进行处理,处理后的污水进入槐泉湿地公园,形成景观水系,实现了污水的资源化。示范工程工艺示意图如图3。   (二)验收监测情况
  2013年11月8-9日,陕西省眉县环境监测站对槐芽镇污水厂进行了验收监测。验收监测水污染物排放执行《黄河流域陕西段排放标准》。分别对污水处理厂进口、A/O出水、湿地以及总出口水质进行了检测结果见表4。
 
   
(出自:陕西省科技统筹创新工程项目——渭河水污染防治关键技术研究与示范项目,课题二:渭河关中段农业(村)水污染物污染减排技术研究集成示范的专题二:以乡镇为单元的分散型污水低成本全过程控制整装成套技术研发集成示范 )

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