目前農村生活污水處理工藝主要包括生物接觸氧化法、穩定塘法、膜生物反應器法等?；趶V大農村的現實(shí)問(wèn)題，開(kāi)發(fā)處理效果好、能耗低、運維簡(jiǎn)單的工藝成為農村生活污水處理的關(guān)鍵。很多省份頒布的農村污水治理工藝中鼓勵優(yōu)先使用生態(tài)工程技術(shù)方法，因為該技術(shù)方法具有效果好、能耗低、生態(tài)環(huán)境效果好等優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)也符合生態(tài)自?xún)舻脑?。使得生態(tài)工程技術(shù)在廣大農村得到了大量的應用和實(shí)踐，如，人工濕地、穩定塘、生態(tài)濾池等。隨著(zhù)生態(tài)工程技術(shù)在農村地區的普遍使用，卻也出現了一些困境，即單一的生態(tài)工程技術(shù)方法容易出現堵塞、發(fā)臭和害蟲(chóng)滋生等問(wèn)題，隨后會(huì )出現處理效果低下、蚊蠅滋生和散發(fā)惡臭等問(wèn)題，成為農村地區的”死區”。
大量的研究和實(shí)踐證明，農村生活污水 >
一、材料與方法
1.1 組合工藝流程
組合式工藝流程見(jiàn)圖1。
其基本原理，生活污水首先在調節池中進(jìn)行水質(zhì)水量的均質(zhì)，然后，調節池上清液在提升泵的作用下進(jìn)入UASB池，池中的懸浮污泥層對污水中的顆粒物、膠體進(jìn)行沉降和截留，厭氧微生物對難降解有機物進(jìn)行礦化分解，并產(chǎn)生沼氣(以甲烷和二氧化碳為主)，最后，UASB池出水在重力流的作用下通過(guò)旋轉布水器進(jìn)入生態(tài)濾池，完成充氧和布水作用，生態(tài)濾池基質(zhì)分為3層，上層為無(wú)煙煤(25cm)，中層為絲竹填料(25cm)，下層為火山巖(45cm)，基質(zhì)內種植美人蕉，植物相互的間距為15cm，利用微生物、植物等聯(lián)合作用實(shí)現污染物的深度凈化，生態(tài)濾池排放進(jìn)行簡(jiǎn)單沉降后排放。組合式工藝流程圖中各構筑物設計參數見(jiàn)表1。
試驗原水來(lái)自江西省南昌市安義縣某農村家庭的生活污水和廚房污水，原水水質(zhì)和《江西省農村生活污水處理設施水污染物排放標準》(2019年7月實(shí)施)一級標準(出水標準)見(jiàn)表2。
1.3 試驗方法
生活污水在調節池中進(jìn)行均質(zhì)和初步沉淀，優(yōu)化UASB池進(jìn)水水質(zhì)，降低UASB池進(jìn)水濁度和懸浮物，UASB出水DO質(zhì)量濃度為0.4~0.7mg/L，利用自然培養馴化形成的污泥層對污水中的污染物進(jìn)行去除和攔截，UASB池出水進(jìn)入生態(tài)濾池前采用旋轉布水方式進(jìn)行充氧和均勻布水，利用高差使水流從UASB池跌入到生態(tài)濾池表面，布水高度80cm，生態(tài)濾池表面DO質(zhì)量濃度為1.6~2.7mg/L。本工程從2018年3月開(kāi)始運行調試，啟動(dòng)和穩定運行4個(gè)月，正式試驗時(shí)間為2018年8月~2019年2月，工程穩定運行開(kāi)始監測，頻率為1周一次，共設置了4個(gè)采樣點(diǎn)，分別為進(jìn)水端、調節池出水口、UASB池出水口和生態(tài)濾池出水口。
1.4 分析方法
分析方法COD采用重鉻酸鉀法測定，NH4+-N采用納氏試劑紫外分光光度法測定，SS按照標準重量法(GB11901要1989)測定。TN和TP均由哈希多指標分析儀(哈希dr2800，美國)測定，DO采用溶解氧儀(Oxi3210，WTW，德國)測定。指示性微生物分析采用可攝像顯微鏡進(jìn)行(AxioScope.A1)，其具體做法是，將生物膜生長(cháng)情況的基質(zhì)手工剝離其表面生物膜，溶解于蒸餾水中，滴加于載玻片上進(jìn)行觀(guān)察其中的菌膠團、原生動(dòng)物和微型后生動(dòng)物等特性。
二、結果與討論
2.1 組合工藝對COD的去除效果
組合工藝對COD的去除效果見(jiàn)圖2。
由圖2可知，組合工藝運行穩定，進(jìn)水COD質(zhì)量濃度為105.8~229.4mg/L(平均值為188.1mg/L)，調節池出水COD質(zhì)量濃度為99.9~223.9mg/L(平均值為181.8mg/L)，UASB池出水COD質(zhì)量濃度為64.2~153.1mg/L(平均值為108.7mg/L)，生態(tài)濾池出水COD質(zhì)量濃度為22.9~57.6mg/L(平均值為40mg/L)，出水穩定達到了《江西省農村生活污水處理設施水污染物排放標準》(2019年7月實(shí)施)一級標準，整個(gè)工藝對COD的平均去除率達到78.5%(69.2%~86.5%)。試驗結果表明，組合工藝對有機物有較好的降解效果，雖然進(jìn)水COD水質(zhì)波動(dòng)較大，但COD出水水質(zhì)較為平穩。從試驗數據可以看出，COD的去除主要發(fā)生在UASB池和生態(tài)濾池中，UASB池中利用厭氧污泥層的攔截作用和生物降解作用，將高分子有機物轉化為低分子有機物或轉化為沼氣等物質(zhì)，而生態(tài)濾池依靠調節池、UASB池等預處理構筑物的緩沖、調節和降解的作用，面對進(jìn)水水質(zhì)的波動(dòng)，能有效抗擊沖擊負荷，保障出水水質(zhì)穩定。其中調節池、UASB池和生態(tài)濾池的去除率分別為3.53%，38.35%和36.65%，COD的去除主要發(fā)生在UASB池和生態(tài)濾池中。
2.2 組合工藝對NH4+-N和TN的去除效果
組合工藝對NH4+-N和TN的去除效果見(jiàn)圖3。
由圖3可知，進(jìn)水TN質(zhì)量濃度為17.8~32.5mg/L，生態(tài)濾池出水TN質(zhì)量濃度為2.07~9.77mg/L，TN去除率56.45%~93.15%(平均值為73.71%)，另外，進(jìn)水NH4+-N質(zhì)量濃度為13.3~26.4mg/L，出水NH4+-N質(zhì)量濃度為0.83~5.87mg/L，NH4+-N去除率68.94%~96.78%(平均值80.66%)。出水TN，NH4+-N濃度低于《江西省農村生活污水處理設施水污染物排放標準》(2019年7月實(shí)施)一級標準，分析了NO3--N，NO2--N濃度變化規律，進(jìn)水ρ(NO3--N)≤0.52mg/L，ρ(NO2--N)≤0.23mg/L，出水ρ(NO3--N)≤2.11mg/L，ρ(NO2--N)≤1.54mg/L。并沒(méi)有出現NO3--N和NO2--N大量積累問(wèn)題。
TN去除主要經(jīng)歷硝化和反硝化過(guò)程，調節池和UASB池內發(fā)生的氮素化合物去除的效果偏低，主要通過(guò)微生物同化吸收和污泥吸附以及沉降等作用實(shí)現TN的部分降低，TN主要在生態(tài)濾池內實(shí)現去除，植物吸收作用、微生物膜的氧化分解、固相反硝化作用和吸附作用等等，旋轉布水作用強化水體充氧效果，強化了無(wú)煙煤濾層內植物和硝化細菌的生長(cháng)效果，絲竹填料層內主要發(fā)生反硝化作用，實(shí)現NO3-N，NO2--N的去除，火山巖濾層主要完成氮素化合物的深度吸附和攔截作用。
2.3 組合工藝對TP的去除效果
組合工藝對TP的去除效果和沿程變化見(jiàn)圖4。
由圖4可知，組合工藝穩定運行階段，進(jìn)水TP質(zhì)量濃度為2.54~4.49mg/L，出水TP質(zhì)量濃度為0.44~0.98mg/L，TP去除率68.59%~86.82%，平均去除率達到79.06%。分析認為，生態(tài)濾池系統是TP去除的主要構筑物，而調節池和UASB池去除效果相當有限。生態(tài)濾池內水生植物的吸收、微生物同化、無(wú)煙煤和火山巖的吸附以及絮凝沉降作用等都是TP去除的主要原因。
2.4 組合工藝對SS的去除效果
組合工藝對SS的去除效果和沿程變化見(jiàn)圖5。
由圖5可知，裝置在穩定運行階段，進(jìn)水SS質(zhì)量濃度為66.9~139.4mg/L，調節池出水SS質(zhì)量濃度為55.6~112.3mg/L，UASB出水SS質(zhì)量濃度為33.2~63.4mg/L，生態(tài)濾池出水SS質(zhì)量濃度為6.5~15.2mg/L，調節池、UASB池和生態(tài)濾池等3個(gè)單元對SS的平均去除率19.26%，33.39%和36.39%。從試驗數據研究發(fā)現，SS的去除主要發(fā)生在UASB池和生態(tài)濾池，調節池對SS的去除能力較弱，主要通過(guò)長(cháng)時(shí)間的沉降作用而實(shí)現的，UASB池對SS的去除包括污泥層的攔截和污泥的吸附作用，生態(tài)濾池對SS的去除主要包括過(guò)濾、吸附和沉降作用。
2.5 指示性微生物表征
本組合工藝穩定運行之后，對UASB內污泥層進(jìn)行分析，發(fā)現在UASB內的污泥層中發(fā)現有大量的顆粒污泥，直徑大約為0.05~0.4cm左右，聚集在UASB池內的中下部，呈明顯的黑色，具有很好的過(guò)濾、攔截等作用。
生態(tài)濾池表層無(wú)煙煤內的生物膜較多，對其表面微生物膜進(jìn)行分析后發(fā)現，發(fā)現有少量的鐘蟲(chóng)和輪蟲(chóng)(見(jiàn)圖6)屬于寡污帶常見(jiàn)的指示性微生物，說(shuō)明生態(tài)濾池生態(tài)系統穩定，出水水質(zhì)良好。在一些無(wú)煙煤截留孔隙的污泥內也發(fā)現有大量的掃除性微生物(紅斑瓢體蟲(chóng)、線(xiàn)蟲(chóng)等)，生態(tài)濾池具有過(guò)濾功能，無(wú)煙煤之間的孔隙中容易產(chǎn)生很多的污染物和顆粒物，長(cháng)時(shí)間運行后容易產(chǎn)生擁堵，掃除性微生物具有指示堵塞和自動(dòng)清除等作用，保證生態(tài)濾池正常運行的同時(shí)，獲得自我完善和自我更新的”本能”。
三、討論
針對農村生活污水污染特點(diǎn)，并基于農村區域現狀，采用UASB+生態(tài)濾池組合工藝處理農村生活污水符合生態(tài)凈化原理和污染河流自?xún)粼?，是一種強化的污水自?xún)暨^(guò)程，在不同反應器中根據水質(zhì)特點(diǎn)，培養不同微生物種群，達到污染物凈化的目的。
農村生活污水經(jīng)過(guò)調節池調節水質(zhì)水量并初步沉淀后。首先經(jīng)過(guò)UASB池進(jìn)行厭氧生物處理，使污水在厭氧條件下實(shí)現自我凈化，符合污水凈化過(guò)程，屬于預處理工藝段，此過(guò)程類(lèi)似于污染河流的排污口處，污染較重，溶解氧少，以厭氧菌降解和礦化為主，將污染物轉化為低分子有機物、二氧化碳、甲烷等，同時(shí)輔于一定的沉降作用、稀釋作用等物理化學(xué)作用。UASB池類(lèi)似于污染河流的缺氧段，所以試驗過(guò)程中仍然有一定的惡臭氣體產(chǎn)生。
經(jīng)過(guò)調節池和UASB池作用后，污水中的有機物、氮、磷等污染物都有一定的下降，而且其中的溶解氧也下降到一定水平，故而通過(guò)重力勢能作用將UASB出水均勻的噴灑在生態(tài)濾池表面，實(shí)現充氧和均勻布水作用，在完全自然條件的生態(tài)濾池內實(shí)現深度凈化和污染物攔截等，生態(tài)濾池類(lèi)似于一個(gè)強化的快速滲濾系統，不同的是采用了多層天然濾料作為水生植物生長(cháng)基質(zhì)，實(shí)現了基質(zhì)凈化和植物凈化的耦合過(guò)程。此過(guò)程類(lèi)似于污染河流的茁，琢和寡污帶以及清潔帶，以兼性菌、好氧菌和水生植物的凈化為主，將污水中的污染物吸附、攔截和降解掉。
四、結論
(1)采用UASB+生態(tài)濾池組合工藝處理農村生活污水是可行的，其中COD，TN和SS出水達到《江西省農村生活污水處理設施水污染物排放標準》(2019年7月實(shí)施)一級標準，出水水質(zhì)透明度非常高，出水濁度很低。
(2)組合工藝對COD，TN，TP，SS的去除率分別為69.2%~86.5%，56.45%~93.15%，68.59%~86.82%和83.51%~93%。
(3)組合工藝處理對農村生活污水是一種運行費用少、無(wú)需維護的方法，適合在廣大農村推廣應用。（ >
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