关键词:
农村生活污水
净化槽
脱氮除磷
污水处理
摘要:
针对我国农村生活污水分散性强、水质水量波动大、传统处理技术成本高及抗冲击能力不足等诸多问题,本课题提出了一种混合式净化槽,并探究了混合式净化槽的污染物去除效能、抗冲击负荷能力与机制及实际应用潜力,为农村生活污水处理提供技术支撑。本研究构建了一种混合式净化槽,设计不同水力负荷(0.5Q-3Q)和氮磷负荷(低、中、高浓度梯度)的试验,分析不同冲击负荷下COD、NH4+-N、TN、TP的去除效果;结合动力学模型、生物膜胞外聚合物(EPS)分泌特性及微生物群落结构解析其耐冲击机制;通过长期运行监测、经济成本核算及生命周期评估(LCA),综合评价其技术经济性与环境效益。研究的主要内容和结论如下:
(1)探究了不同水力负荷(0.5Q、Q、1.5Q、2Q、3Q)对混合式净化槽的影响。混合式净化槽在额定负荷(Q=48L/d)及以下时,COD、NH4+-N、TN平均去除率分别为86.0%、89.6%、76.25%,总体去除效果较好;当水力负荷≥1.5Q时,COD、NH4+-N、TN去除率呈现下降趋势,各出水指标无法完全满足《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918-2002)的一级B标准。
(2)探究了在不同氮磷负荷下混合式净化槽的处理效果,氮磷负荷的变化对净化槽去除COD的影响较小,在负荷波动下出水COD浓度稳定在15至47mg/L范围内,所有情况下均达到100%的达标率。不同氮磷负荷下净化槽的NH4+-N和TN的去除效果波动较大,当净化槽处于低氮磷负荷阶段时,NH4+-N去除率为94.24±3.00%,出水达标率为100%;中氮磷负荷阶段时,NH4+-N去除率降至43.37±22.81%,出水达标率降至6.85%;高氮磷负荷阶段时,NH4+-N去除率降至31.13±5.11%,出水NH4+-N达标率进一步降低至0%;同时,TN去除率在26.07%~45.20%之间波动。净化槽对TP的去除能力有限,各阶段的TP去除率平均为(20.06±9.51)%。
(3)探究了净化槽耐冲击性能的机制。伴随HRT的降低,净化槽中载体上的EPS先升高后降低。EPS的变化趋势与系统脱氮性能一致。净化槽的特殊结构作用下PN的强化分泌有利于增强载体生物膜系统的疏水性,增强了净化槽微生物的积累和生物膜的稳定性。较高的PN/PS比值提高了净化槽生物膜的稳定性,在低HRT条件下能够抵抗高剪切力。此外,净化槽的氮去除负荷和速率与Nitrospira、Sphaerotilus和Nitrosomonas呈正相关,Nitrospira属是净化槽的优势属,净化槽可以增加Nitrospira菌属应对氮负荷变化,而EPS的分泌有利于Nitrospira等反硝化功能微生物附着在生物膜上,使其对环境变化具有较强的抵抗力。
(4)经济分析表明,吨水处理成本为1.261元,脱氮成本较传统工艺降低59.4%;环境效益上,温室气体排放减少30.4kg CH4/年。
混合式净化槽通过优化生物膜结构与功能菌群,实现了对农村污水的高效稳定处理,兼具强抗冲击负荷能力与快速恢复特性。其低能耗、易维护的特点及显著的经济环境效益,为分散式农村污水处理提供了可靠的技术方案,具有广阔的工程化推广前景。