ABR與觀賞型水生人工聯(lián)合處理生活污水

　　黑水，糞便污水，其一是指含有糞便物質(zhì)的生活污水，其二定義是廁所污水，包括沖廁污水和糞便。校園黑水中含有生活污水中大多數(shù)有機(jī)營養(yǎng)物質(zhì)。利用厭氧發(fā)酵技術(shù)雖能使大多數(shù)有機(jī)物得到有效的降解，同時獲得生物質(zhì)能，但出水水質(zhì)仍然難以達(dá)到直接排放的水平。如果大量未經(jīng)后續(xù)處理的沼液排向城市管網(wǎng)，雖沼液得到初步處理，但沼液中所含氮磷等營養(yǎng)元素不僅造成浪費(fèi)，更會污染水體環(huán)境。如將校園黑水沼液穩(wěn)定處理后用于綠色校園綠化用水，這更加符合節(jié)水型海綿型校園建設(shè)理念。既可減輕對市政設(shè)施和污水處理廠的壓力，又可美化生活環(huán)境和節(jié)約用水，是一種可持續(xù)性發(fā)展的污水處理方法。

　　ABR反應(yīng)器是由多個折板將反應(yīng)器分為多個格室，生活污水在反應(yīng)器內(nèi)沿折板上下流動，依次通過各個格室進(jìn)行厭氧生物處理，具有處理能力大、易于調(diào)控、效率高、成本低等優(yōu)點(diǎn)。ABR反應(yīng)器內(nèi)有微生物附著的填料對生活污水中含有的大量懸浮物的過濾作用明顯，能有效防止污泥的流失，有利于活性污泥和有機(jī)物的積累，既能縮短啟動時間，又可以保證反應(yīng)器在較短水力停留時間及較大水力負(fù)荷條件下的穩(wěn)定運(yùn)行。此項(xiàng)工藝將污水厭氧消化之后提高了水體的可生化性，產(chǎn)生的沼氣也可回收利用實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排的理念，為觀賞型水生人工濕地的后續(xù)處理提供了必要的前提條件。

　　針對校園生活污水分散式的特點(diǎn)，將ABR反應(yīng)器與觀賞型水生人工濕地串聯(lián)組合工作，ABR反應(yīng)器處理的沼液再經(jīng)過水生植物的吸收作用進(jìn)一步凈化水體，最終將處理完達(dá)標(biāo)的水排放至室外排水管網(wǎng)中。力求將此工藝流程建立為一種簡單方便、經(jīng)濟(jì)有效、管理容易的生活污水生物生態(tài)組合處理工藝。

　　1、實(shí)驗(yàn)

　　1.1 實(shí)驗(yàn)裝置

　　試驗(yàn)在鹽城工學(xué)院希望大道校區(qū)內(nèi)進(jìn)行，采用“厭氧消化反應(yīng)―――觀賞型水生人工濕地”的組合工藝處理校園生活污水，實(shí)驗(yàn)裝置如圖1所示。

　　厭氧單元結(jié)構(gòu)：ABR反應(yīng)器由PVC板制成，長1.5m、寬0.2m、高1.0m，分成3個單元。最左側(cè)單元距頂部0.1m用橫流蠕動泵進(jìn)水，最右側(cè)單元距頂部0.2m出水。每個單元分一個上向流室和一個下向流室，下向流格室寬度0.1m，上向流格室寬度0.4m，反應(yīng)器格室掛有彈性填料。在每個單元設(shè)置取樣口，頂部設(shè)置排氣管與水封連接，格室沼氣產(chǎn)量采用實(shí)施氣體流量計計量，頂部用三通管連接排氣管接通。

　　觀賞型水生人工濕地結(jié)構(gòu)：種植有綠蘿的水槽，長2m、寬0.3m、高0.4m，進(jìn)口水深35cm，在池底上方2cm處開口作為出水口。ABR反應(yīng)器出水在經(jīng)過自由跌水之后進(jìn)入水槽。水槽水面上方用鋼絲網(wǎng)格鋪設(shè)，格寬15cm，每格格室內(nèi)種植1~2株綠蘿。記錄實(shí)驗(yàn)初期根莖平均長度為4.5cm。

　　1.2 實(shí)驗(yàn)水質(zhì)

　　試驗(yàn)所用生活污水直接取自鹽城工學(xué)院22棟宿舍樓樓下污水井，進(jìn)水水質(zhì)如表1所示。

　　1.3 接種污泥

　　接種污泥取自鹽城城東污水廠二沉池回流污泥，該污泥沉降性能良好。

　　1.4 測定項(xiàng)目與方法

　　水質(zhì)分析方法采用《水和廢水監(jiān)測分析方法》，其中COD：重鉻酸鉀法，污泥懸浮固體濃度(MLSS)采用重量法測定，TP質(zhì)量濃度：過硫酸鉀氧化紫外分光光度法(GB11894-89)，TN質(zhì)量濃度：過硫酸鉀氧化紫外分光光度法(GB11894-89)。試驗(yàn)用藥品均為分析純。

　　2、結(jié)果與討論

　　2.1 實(shí)驗(yàn)啟動階段

　　2.1.1 改進(jìn)型ABR反應(yīng)器啟動

　　ABR反應(yīng)器每個格室的接種污泥MLVSS為30.0g/L，反應(yīng)初期為保證反應(yīng)器內(nèi)微生物的生長，通入人工配水(COD濃度140mg/L)，靜置10d后啟動運(yùn)行。啟動初期，水力停留時間較長，為的是讓污泥能更好地接種在彈性填料表面。在前十天內(nèi)，進(jìn)水的COD在140mg/L左右，其出水(取樣口3)COD在31mg/L左右，反應(yīng)器3個格室的COD累計去除率達(dá)78%。在第十一天，通入要處理的校園生活污水(COD濃度450mg/L)，發(fā)現(xiàn)出水水質(zhì)稍有下降，可能是反應(yīng)器內(nèi)的微生物菌群仍未能夠完好的附著生長。隨著時間的推進(jìn)，反應(yīng)器中彈性填料富集培養(yǎng)的顆粒污泥的活性越來越強(qiáng)，校園生活污水在通過反應(yīng)器后，大量難以降解的有機(jī)物均被有效去除。由圖2所示，校園污水中大部分COD能在ABR反應(yīng)器內(nèi)被去除。

　　2.1.2 COD去除效果的影響因素

　　為了得到ABR反應(yīng)器的最佳處理能力，考察水力停留時間(HRT)的改變對COD去除率的影響效果。結(jié)果表明：當(dāng)HRT從24h增加到96h再到120h時，COD去除率有較為直觀地上升(見圖3)，HRT為24h時厭氧COD平均去除率為65.2%，48h時為70.4%，72h時為75.4%，96h時為79.6%，120h時為80.3%。根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果水力停留時間為96h時去除效果為80%左右，當(dāng)停留時間減少，去除效果下降，當(dāng)水力停留時間增加到120h時，處理效果沒有明顯變化。所以最佳水力停留時間確定為96h。

　　2.1.3 組合工藝啟動階段

　　圖4顯示了ABR反應(yīng)器―――觀賞型水生人工濕地組合工藝啟動初期對校園生活污水中TP的去除效果。初期進(jìn)水為人工配水，水中TP含量在14~15mg/L左右，經(jīng)過ABR反應(yīng)器出水的TP在8~9mg/L，去除率在32%~35%左右，通過水生濕地后，出水的TP下降至1.0mg/L以下，組合工藝對反應(yīng)器廢水中TP的去除率在93%左右。達(dá)到《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB18918-2002)一級A排放標(biāo)準(zhǔn)。由圖可以發(fā)現(xiàn)廢水中TP大部分是在經(jīng)過水生植物后被去除的。

　　在初秋季觀賞型水生人工濕地中綠蘿生長茂盛，根系較之前有較為明顯增長，大量的微生物在根系富集，為微生物降解提供便利。圖5為9月30日綠蘿根系電鏡照片。

　　圖6為ABR反應(yīng)器―――觀賞型水生人工濕地組合工藝啟動初期對校園生活污水中TN的去除效果。從圖6可以看出校園生活污水中TN在經(jīng)過ABR反應(yīng)器后降低到12~15mg/L左右，去除率在80%左右，水生人工濕地出水中TN降至5.0mg/L以下，組合系統(tǒng)對TN去除率達(dá)到90%以上，達(dá)到《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB18918-2002)一級A標(biāo)準(zhǔn)。

　　2.2 組合工藝穩(wěn)定運(yùn)行階段

　　2.2.1 穩(wěn)定運(yùn)行階段COD去除效果

　　在啟動穩(wěn)定期(20~50d)時，出水COD能穩(wěn)定在80~100mg/L之間，出水去除率在78%以上。在運(yùn)行中段(33~37d)突然加大進(jìn)水流量對反應(yīng)器沖擊，但出水水質(zhì)依舊較為穩(wěn)定，可見反應(yīng)器內(nèi)微生物生長基本穩(wěn)定且能較好的去除水中雜質(zhì)。組合工藝出水COD濃度小于50mg/L，去除率在90%以上，達(dá)到《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB18918-2002)一級A標(biāo)準(zhǔn)。

　　2.2.2 穩(wěn)定運(yùn)行階段TN、TP去除效果

　　從啟動階段實(shí)驗(yàn)可知，在經(jīng)過了反應(yīng)器處理后的污水，水中COD已經(jīng)有明顯的改善效果，但是部分氮磷的處理并未完全達(dá)到城鎮(zhèn)污水排放標(biāo)準(zhǔn)。為了進(jìn)一步的改善出水水質(zhì)以滿足該標(biāo)準(zhǔn)，可將反應(yīng)器內(nèi)的出水用導(dǎo)管與人工濕地串聯(lián)起來，再通過水生植物(本實(shí)驗(yàn)采用的為綠蘿)的吸收以獲得理想的效果。水生植物處理方法的特點(diǎn)在于不需要額外在過濾裝置內(nèi)填充石英、礫石等濾料，通過莖稈或根系發(fā)達(dá)的水生植物形成根系過濾層，將水中懸浮的顆粒雜質(zhì)過濾去除，并通過植物吸收及微生物呼吸作用將前段處理中難降解的N、P等物質(zhì)進(jìn)行后續(xù)處理，形成一個由水生植物、水生動物、微生物構(gòu)成的高效生態(tài)凈化系統(tǒng)。

　　實(shí)驗(yàn)穩(wěn)定運(yùn)行期間，生活污水日處理量40L，在環(huán)境溫度為15~18℃條件下，考察人工濕地系統(tǒng)對N、P的去除效果(見表2)。有實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可知，在進(jìn)入水栽處理前的污水在經(jīng)過反應(yīng)器處理后有大部分N已被去除在80%左右，然而P的去除率較低不到30%。在經(jīng)過人工濕地單元后，后續(xù)出水的N含量在5.0mg/L左右，P含量在1mg/L左右。由此可見，該組合工藝對有機(jī)物降解有很好的效果，能在穩(wěn)定運(yùn)行的過程中保證較低COD的同時將水中難降解的P也一并去除，同時具備一定的抗沖擊負(fù)荷能力。

　　3、結(jié)論

　　ABR反應(yīng)器投資少、運(yùn)行維護(hù)方便，更貼近現(xiàn)代綠色環(huán)保，節(jié)能減排的發(fā)展理念，適用于校園、農(nóng)村、城鎮(zhèn)化小區(qū)等生活污水的處理。本套系統(tǒng)經(jīng)過20天的常溫馴化后穩(wěn)定運(yùn)行，建議HRT為96h，厭氧系統(tǒng)污水COD去除率達(dá)到80%。

　　將ABR反應(yīng)器與觀賞型水生人工濕地系統(tǒng)串聯(lián)，對污水進(jìn)行深度后續(xù)的處理，不僅能對水中COD進(jìn)一步去除，更能將污水中在厭氧階段難以去除的N、P等無機(jī)物有效的降解，組合工藝出水水質(zhì)滿足《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》中一級A標(biāo)準(zhǔn)。(來源：鹽城工學(xué)院土木學(xué)院，江蘇中森建筑設(shè)計有限公司)