外部環境所面臨的機會(Opportunities)與威脅(Threats)

袁荣丽  2011年 03月29日

       徐功娣1,2,3,张增胜3,占达东1,李冲2,陈季华3
  1. 琼州学院,海南省三亚市,  572022
  2. 齐齐哈尔大学化工学院,黑龙江省齐齐哈尔  161006
  3.东华大学环境科学与工程学院,上海  200051
   
  摘要:本文对新型的复合型生物净化槽采用好氧预挂膜的方法成功地加速了启动,并对高含尿液的某农村生活污水的污染物质去除效果进行了研究,结果表明: 复合型生物净化槽对COD的去除效果较明显,平均为59.62%;对NH4+-N和TN的平均去除率不高,分别除率为21.7%和21.9%,但去除量较高,分别为8.58mg/L和9.12mg/L;对磷的去除效果较好,平均去除率为33.4%,说明复合型生物净化槽起到了较好的降低后续强化生态浮床负荷的作用。
  关键词:复合型生物净化槽; 纤维填料; 高含尿液农村污水
  中图分类号:X703.1             文献标识码:A
   
  0 绪论


  在我国很多地区,农村人口不仅数量多,而且居住比较分散,没有任何生活污水收集和处理措施,使农村生活污染源成为影响水环境的重要因素,而且随着农村生活方式的改变而加剧[1-2]。由此带来的污水出路问题以及公共卫生安全问题也逐渐为人们所关注[3]。中国农村村落的污水绝大多数是不经过任何处理,直接就近排入水体中去的,于是农村河流普遍遭到污染,还严重威胁到了地下水。因此,如何对农村村落的污水实施低成本的有效处理,是十分必要和重要的一步[4-5]。
  农村生活污水可生化性一般比较好,可采用生物处理作为大部分分散污水处理的主要工艺[6-7]。复合型生物净化槽是一种利用微生物的降解作用进行污水处理的生物处理技术, 目前,国内外学者对净化槽处理效果的研究报道较多,在日本,净化槽处理技术广泛应用于处理农村生活污水,处理效果较好,随着对河流湖泊等水域保护的要求提高,作为防治富营养化的一个对策,净化槽的构造进行了改进,除了提高去除BOD5,COD的外,还增加去除氮、磷的要求,诞生了深度处理净化槽[8-9]。国内对生物净化槽技术的研究虽然起步较晚,但也取得了一定的研究成果[10-11]。
  随着农村居民对生活水平要求的提高将导致生活污水排放量上升,特别是农村居民点、城郊别墅区等分散式污水排放量的增长,将为净化槽在我国的推广普及带来机遇。但是目前净化槽还存在一些问题,如对氮化合物去除效果不理想,对磷的去除率不高,限制了净化槽技术成为控制水体富营养化的有效手段等需要进一步的研究。


  1 实验方法与设备


  1.1生物净化槽的结构及特点
  复合型生物净化槽的尺寸为:深2.2m×宽2.0m×长5.4m,有效容积为7.5m3,停留时间约为2.5d。如图1所示,净化槽采用一体化钢筋混凝土浇筑,并设置防渗层。槽内部为串联的三格,各格槽内底层均匀布置粒径为3~5mm的陶粒,其体积约为反应器的20%;并在槽内设生态纤维填料,呈立体式悬浮,悬浮深度为0.5m,填料的水面覆盖率约为45%。
  净化槽各格之间设立连通管,设置合适的吸水深度和排水深度,使三格净化槽内具有良好的流体力学特性并保持不同的生态菌种。复合型生物净化槽反应器分成三个串联的格室,在不同的槽内可相对独立的培养适合于各槽环境的微生物群落,使得各格槽内保持不同的生态菌种,利于各类微生物的生长与繁殖,同时生长在填料及陶粒表面上的生物膜,使系统的微生物种类和数量明显增加,使污染物的去除速率、效果和抗冲击负荷得到了提高。

  1.2 工艺流程及净化槽进水水质情况
  上海崇明的前卫村是远近闻名的生态旅游村,每年要接待10万人次左右,一般集中在5月~10月之间,一方面农户家的“农家乐”餐饮住宿业带来了污水量的增加和浓度的提高,另一方面村口的公共厕所要接纳更多的游客的粪便污水,尤其是尿液污水,从而导致COD和TP的浓度波动幅度比较大,且尿液的含量大,含N浓度高。净化槽的进水为村口厕所原化粪池出水及附近部分居民的其他生活污水。其中COD的变化范围为80.9~297.1mg/L,平均值为169.0mg/L;TP的变化范围为1.58~5.01mg/L,平均值为2.77mg/L。净化槽的出水进入其附近的生态浮床进行深度处理,然后进入小到河道水体。
   
  1.3 分析测试方法
  水质监测试验连续进行,期间每周监测水质一到两次,早上10点采样,常规指标当天分析完毕。主要水质分析指标的分析方法与仪器参见表1。
  表1 主要水质指标测定方法与仪器
  Tab.1 Analytical methods of water quality characteristics

 

水质指标

分析方法与仪器

温度

溶解氧

pH

COD

TN

NH4+-N

NO3--N

NO2--N

TP

PO43--P

SS

便携式多参数水质分析仪(美国哈希;Sension-156)

便携式多参数水质分析仪(美国哈希;Sension-156)

便携式多参数水质分析仪(美国哈希;Sension-156)

重铬酸钾法[2]

碱性过硫酸钾消解;紫外分光光度法[2]

纳氏试剂比色法[2]

紫外分光光度法[2]

N-(1-萘基)-乙二胺分光光度法[2]

过硫酸钾消解;钼酸铵分光光度法[2]

过硫酸钾消解;钼酸铵分光光度法[2]

103~105℃烘干称重法;

 

  注:以上表中分光光度法均采用SHIMADZU UV-2450型紫外分光光度计;称重均采用SHIMADZU UW 220H型电子分析天平。
  
  3 实验结果与讨论


  3.1复合型生物净化槽生物膜的培养与驯化
  复合型生物净化槽主要依靠生长在填料及陶粒表面上的生物膜来实现污染物的降解作用的,实验采用好氧预挂膜的方法加速复合型生物净化槽的启动,利用崇明县城桥镇污水厂回流活性污泥,按照约0.1m3污泥/m3污水的比例,分别从各槽的上部倒入净化槽内。污泥通过附着在填料及陶粒上面进行生长繁殖。微生物膜的培养开始于2008年5月16日,直到6月底系统趋向稳定开始用于处理农村分散式污水。从图2镜检结果可以看到,生态纤维填料上端,而下端的填料却没有,这有可能是启动初期带入的大量复氧对生物膜中微生物的生长造成影响。纤维填料和陶粒表面微生物挂膜生长的状况均较好均有大量原生动物存在,相比较而言,纤维填料上面的生物膜在整个载体表面的分布更均匀。
  复合型生物净化槽微生物膜整个培养驯化周期持续45d,在流量为0.5m3/d,平均水温为25.7℃的条件下约10d便可培养成功。从整个培养过程来看,复合型生物净化槽微生物膜的培养简单、启动较快,利于其在农村地区普遍推广应用。
   
  3.2 型生物净化槽对污染物去除效果研究
  3.2.1对有机物的去除效果
  复合型生物净化槽的进出水COD变化及其去除率如图3所示:在夏季(6,7,8月),净化槽对COD的平均去除率为69.29%,秋季(9,10,11月)为60.22%,冬季(12,1,2月)为45.82%,春季(3,4,5月)为59.45%(月份的划分下同);夏季﹥秋季﹥春季﹥冬季,与当地的季节性气温变化是对应的;四个季节去除率的相差不大,这是因为净化槽是地埋式结构始终保持着较高的温度,即使是在冬季气温在0℃以下时,净化槽内水温仍旧维持在6.5℃以上,微生物仍然保持着较好的活性,从而保持了较高的去除率。
  随着进水COD浓度的增加,复合型生物净化槽对COD的去除率也随之增加,二者呈现出正线性相关性,相关系数R2为0.9125,从而保证了在不同季节不同的进水COD浓度下始终保持着较低的出水COD浓度。总的来说复合型生物净化槽对有机物有一定的去除效果,达到了减少后续强化生态浮床的有机负荷的要求。


  3.2.2 对氮的去除效果
  复合型生物净化槽的进出水NH4+-N变化及其去除率如图4所示:在夏季,净化槽对NH4+-N的平均去除率为18.50%,秋季为22.01%,冬季为28.35%,春季为18.41%。复合型生物净化槽对NH4+-N的去除率均较低,可能是因为槽内的厌氧或兼氧环境不利于微生物硝化反应的进行。通过不同季节对比发现,其平均去除效果:冬季﹥秋季﹥夏季≈春季,即随着时间的推移,复合型净化槽内微生物的数量在逐渐增加,种类在逐渐丰富,优势菌种的作用越明显,去除率也在逐渐增加。复合型生物净化槽对NH4+-N还是有一定的去除效果,在一定程度上起到了降低后续强化生态浮床NH4+-N负荷的作用。
  复合型生物净化槽的进出水TN变化及其去除率如图5所示:在夏季,净化槽对TN的平均去除率为17.88%,秋季为24.43%,冬季为27.45%,春季为16.95%,尽管去除率相对较低,但进水与出水的平均氮质量浓度相差8.58mg/L,即对氮的平均去除量较大,说明复合型生物净化槽内脱氮的菌种较多,其生长繁殖作用对氮的消耗量较大。从总体上分析而言,复合型生物净化槽对TN有一定的去除效果,能在一定程度上达到降低后续强化生态浮床TN负荷的要求。
   
  3.2.3 复合型生物净化槽对磷去除效果研究   
  复合型生物净化槽的进出水TP变化及其去除率如图6所示,在夏季,复合型生物净化槽对TP的平均去除率为37.74%,秋季为33.58%,冬季为28.95%,春季为32.36%,从总体分析而言,与其对有机物的去除效果类似,对TP的去除效果也是夏季﹥秋季﹥春季﹥冬季,但相互之间相差不大,去除率全年分布较平均。与普通的净化槽相比,复合型生物净化槽对磷的去除率明显较高。复合型生物净化对磷的去除有以下三个方面的作用:一是悬浮的生态纤维填料对颗粒态磷有较好的拦截作用,二是附着生长在填料上的微生物对磷的同化吸收和聚磷菌对磷的过量积累作用,三是底层的陶粒对磷具有较好的吸附作用,且PO43- -P与陶粒中的Ca,Fe和Al反应而沉淀。从图3-10可以看出,全年的进水TP浓度变化波动较大,夏、秋季明显高于春、冬季,但每个季节的出水TP浓度平均值均低于2.00 mg/L。从总体上分析而言,复合型生物净化槽对TP的去除效果明显,起到了很好的降低后续强化生态浮床TP负荷的作用。


  4 总结


  (1)采用好氧活性污泥预挂膜的方式对复合型生物净化槽进行微生物膜的培养与驯化,约10d便可启动成功。(2)复合型生物净化槽对COD的去除效果明显,在夏季净化槽对COD的平均去除率为69.29%,秋季为60.22%,冬季为45.82%,春季为59.45%。全年对COD去除率的相差不大,平均为59.62%;复合型生物净化槽的地埋式结构始终保持着较高的温度,从而保持了较高的去除率。(3)复合型生物净化槽对氮的去除率不高,对NH4+-N的平均去除率为21.7%;对TN平均去除率为21.9%;由于进水中氮的浓度较高, 其实质上对氮去除量较高,即复合型生物净化槽对NH4+-N及TN的去除量效果也比较明显,在一定程度上达到降低后续强化生态浮床负荷的要求。(4)复合型生物净化槽对磷的去除效果较好,平均去除率为33.4%,去除率全年分布较平均,起到了很好的降低后续强化生态浮床负荷的作用。


  参考文献
  朱亮,张文妍.农村水污染成因及其治理对策研究[J].水资源保护,2002,2:17-20
  李国学,李莲芳.我国小城镇和乡村水体污染及控制对策[J].中国农业科技导报,2003,5(4):25-31
  沈东升,贺永华.农村生活污水地埋式无动力厌氧处理技术研究[J].农业工程学报,2005,21(7):111-115
  Maciej Dzikiewicz. Activities in nonpoint pollution in rural areas of Poland[J]. Ecol Eng, 2000, 14: 429-434
  Yu Hanqing, Joo-Hwa Tay, Francis Wilson. A sustainable municipal wastewater treatment process for developing countries[J]. Wat Sci Tech, 1997, 35(9):191-198
  赵静,王芳.农村水环境污染及治理对策研究[J].江苏环境科技,2005,18(3):19-22
  Joan Garcia, Rafael Mujeriego, Josep M Obis, et al. Wastewater treatment for small communities in Catalnia[J]. Water policy, 2001, 3:341-350
  Yuhei Inamori, Toshihiro Sankai, Toshikatu Ozawa. Popularization and Development of High-performance Johkasou[M]. Tokyo: Gyosei Co, 2002
  Ministry of Land, Infrastructure and Transport and Tourism of Japan. The Structure Standard of Johkasou[M]. Tokyo: the Building Center of Japan, 2005
  刘呈波,樊娟,石静等.净化槽在农村生活污水处理中的应用前景分析[J].环境整治,2007,16(5):68-69
  闵毅梅.净化槽技术应用于分散型生活污水案例研究[J].环境与可持续发展,2008,6:59-61

 
污染防治与管理更多>>
循环经济与绿色产业发展 更多>>
低碳经济与可持续发展更多>>
中国面临的主要环境问题及对策 更多>>