陳婷婷，黃健盛*，廖偉伶，童啟邦，朱力，張杰，姚源，呂圣紅，吳佳棲

（1.重慶市環(huán)境科學(xué)研究院，重慶401147；2.國(guó)內(nèi)貿(mào)易工程設(shè)計(jì)研究院，北京100069；3.北京澤信地產(chǎn)有限公司，北京100070）

負(fù)荷及碳氮比對(duì)分散式生活污水處理裝置性能的影響

陳婷婷1，黃健盛1*，廖偉伶1，童啟邦1，朱力2，張杰3，姚源1，呂圣紅1，吳佳棲1

（1.重慶市環(huán)境科學(xué)研究院，重慶401147；2.國(guó)內(nèi)貿(mào)易工程設(shè)計(jì)研究院，北京100069；3.北京澤信地產(chǎn)有限公司，北京100070）

為了考察負(fù)荷及碳氮比對(duì)分散式生活污水處理裝置處理效果的影響，本文研究了分散式生活污水處理裝置對(duì)不同濃度和不同碳氮比模擬污水的處理效果。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，該處理裝置具有較良好的耐負(fù)荷沖擊能力，并兼具處理較低C/N生活污水的能力。處理COD、氨氮、TN、TP濃度分別為104.96～619.93 mg·L-1、4.57～29.93 mg·L-1、6.17～29.47 mg·L-1和0.97～6.00 mg·L-1的人工污水，出水COD、氨氮、TN均能滿足《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 18918-2002）一級(jí)B標(biāo)準(zhǔn)。在C/N不低于14∶1條件下，出水COD、氨氮濃度達(dá)到《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 8978-1996）一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)；在C/N不低于17∶1條件下，出水COD、氨氮、TN濃度達(dá)到《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 18918-2002）一級(jí)B標(biāo)準(zhǔn)。同時(shí)，工藝裝置具有50%以上的總磷去除率。

負(fù)荷；碳氮比；分散式生活污水；處理裝置；性能

重慶地處三峽庫(kù)區(qū)及其上游流域，具有“大城市、大農(nóng)村和大庫(kù)區(qū)”的特征，轄區(qū)內(nèi)分散式生活污染已成為重要的生活污染源之一。三峽庫(kù)區(qū)流域分散污水呈現(xiàn)水質(zhì)水量波動(dòng)大，有機(jī)物、氮磷濃度高，C∶N∶P比例嚴(yán)重失調(diào)等特點(diǎn)[1、2]，COD、TN、TP濃度分別在44～456 mg·L-1、9.9～72.02 mg·L-1和0.92～9.84 mg·L-1，C∶N為2.07～8.45[3、4]。目前，三峽庫(kù)區(qū)分散式生活污水治理主要采用人工濕地、人工快滲等土地處理系統(tǒng)[4]，但受占地面積、耐負(fù)荷沖擊能力、季節(jié)變化等因素限制[5]，上述技術(shù)很難發(fā)揮作用。因此，研發(fā)適應(yīng)水質(zhì)波動(dòng)大、碳氮比失調(diào)、占地面積小的分散式污水處理工藝裝置對(duì)提高分散式生活污水處理效果及改善三峽水庫(kù)水質(zhì)具有重要意義。本研究以前期開發(fā)的筒車水處理技術(shù)為基礎(chǔ)，并聯(lián)合A/O工藝形成自回流一體式污水處理工藝裝置，考察該工藝裝置對(duì)分散式生活污水的處理效果。

1 材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)裝置

實(shí)驗(yàn)裝置由缺氧池、轉(zhuǎn)籠反應(yīng)池和沉淀池組成，其有效容積分別為18.7 L、46.9 L和9.4 L。轉(zhuǎn)籠內(nèi)按比例填滿Φ38及Φ25多面空心球，缺氧池安裝干城蔓填料。污水經(jīng)水解酸化后進(jìn)入轉(zhuǎn)籠反應(yīng)池，填料上附著生長(zhǎng)的生物膜降解有機(jī)物并脫氮，之后污水經(jīng)沉淀池泥水分離后排放，剩余污泥經(jīng)排空管排出。

圖1 實(shí)驗(yàn)裝置簡(jiǎn)圖Fig.1Diagram of experiment device

1.2實(shí)驗(yàn)材料

本研究采用多面空心球填料及干城蔓掛簾填料兩種材料。具體參數(shù)如表1所示。

表1 實(shí)驗(yàn)材料詳細(xì)參數(shù)Table 1 The detailed list of experiment materials

1.3 實(shí)驗(yàn)污水

本研究參照文獻(xiàn)[6]模擬污水配方配制人工污水，詳見表2。

表2 實(shí)驗(yàn)污水配方表Table 2 The formula of synthetic sewage

1.4 測(cè)試指標(biāo)及分析方法

測(cè)試指標(biāo)包括COD、氨氮、TN、TP，各指標(biāo)分析方法均參照國(guó)家環(huán)境保護(hù)總局《水和廢水監(jiān)測(cè)分析方法（第四版）》[7]，如表3所示。

表3 測(cè)試指標(biāo)及分析方法Table 3 Testing indexes and analyzing methods

2 結(jié)果與討論

2.1 負(fù)荷對(duì)裝置性能影響

分散式污水處理廠受雨污分流不徹底，污水管網(wǎng)相對(duì)較短，小型加工廢水排入，廠區(qū)調(diào)節(jié)池容積過(guò)小等因素影響，導(dǎo)致進(jìn)水濃度波動(dòng)很大，影響出水水質(zhì)，甚至整個(gè)污水處理系統(tǒng)被破壞[8]；為保證出水水質(zhì)，要求分散式生活污水處理系統(tǒng)必須具備較強(qiáng)的耐負(fù)荷沖擊能力。本研究在系統(tǒng)HRT為14.3 h，轉(zhuǎn)籠轉(zhuǎn)速為10 r·min-1，自回流比2.5條件下，通過(guò)改變進(jìn)水COD、氨氮、TN、TP濃度，考察系統(tǒng)污染物去除效果，研究自回流分散式生活污水處理裝置耐負(fù)荷沖擊能力，研究結(jié)果如圖2所示。由圖2可知，進(jìn)水COD濃度從約100 mg·L-1逐漸增加至800 mg·L-1以上時(shí)，COD去除率為84%～95%，出水COD濃度隨進(jìn)水COD濃度增加而增加，這與系統(tǒng)總生物量有關(guān)，在總生物量相對(duì)穩(wěn)定的情況下，超過(guò)降解范圍的有機(jī)物得不到降解去除；當(dāng)進(jìn)水COD濃度在700 mg·L-1以下時(shí)，出水COD濃度穩(wěn)定在60 mg·L-1以下，滿足《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 18918-2002）一級(jí)B標(biāo)準(zhǔn)，表明系統(tǒng)裝置具有較強(qiáng)的抗有機(jī)負(fù)荷沖擊能力。

圖2 負(fù)荷對(duì)系統(tǒng)污染物去除性能的影響Fig.2Effect of loading on the removal of pollutants

氨氮、TN是分散式生活污水處理重要脫氮考察指標(biāo)，本研究中工藝裝置去除氨氮的原理與生物轉(zhuǎn)盤類似，去除TN的原理與A/O工藝相似，去除效果受進(jìn)水有機(jī)物與氨氮的濃度及比例等影響[9]。進(jìn)水氨氮濃度由約5.0 mg·L-1增加到35 mg·L-1（對(duì)應(yīng)的COD濃度為700 mg·L-1以下）時(shí)，系統(tǒng)對(duì)氨氮去除率在90%以上，出水氨氮維持在5.0 mg·L-1以下，滿足《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 18918-2002）一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)。當(dāng)進(jìn)水氨氮濃度由30 mg·L-1增加到40 mg·L-1時(shí)，氨氮去除率由90%下降至約74%，出水氨氮濃度增加至10 mg·L-1左右。這是由于降解有機(jī)物的異養(yǎng)型細(xì)菌優(yōu)先利用水中溶解氧（Dissolved Oxygen，DO)進(jìn)行繁殖，自養(yǎng)型硝化菌活性受到抑制，硝化效果下降，最終導(dǎo)致氨氮去除率降低[10]。進(jìn)水TN濃度為5～40 mg·L-1，出水TN穩(wěn)定在4～15 mg·L-1，出水TN濃度達(dá)到了《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 18918-2002）一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)，說(shuō)明碳源充足條件下系統(tǒng)具有良好反硝化作用，系統(tǒng)對(duì)TN去除效果較好。

生物法除磷主要通過(guò)聚磷菌厭氧釋磷、好氧過(guò)量吸收磷和排泥實(shí)現(xiàn)。本研究使用的工藝裝置為缺氧段采用活性污泥法，好氧段采用生物膜法，活性污泥量少影響聚磷菌過(guò)量吸收磷。當(dāng)進(jìn)水TP由1.0 mg·L-1增加到2.5 mg·L-1時(shí)，TP去除率由10%增加至50%；當(dāng)進(jìn)水TP濃度進(jìn)一步增加至8.0 mg·L-1時(shí)，TP去除率基本維持在50%～60%，出水TP在1.3～3.5 mg·L-1之間?？梢?，生物膜法除自身代謝去除部分磷物質(zhì)外，基于生物膜法的分散式生活污水處理裝置出水磷濃度很難達(dá)到排放要求，故生物膜法需后端增加除磷工段才能達(dá)到進(jìn)一步除磷的目的[11]。

綜上所述，基于A/O工藝和筒車技術(shù)相耦合的自回流分散式生活污水處理裝置具有良好的耐有機(jī)物及氮素負(fù)荷沖擊能力。其處理COD、氨氮、TN、TP濃度分別為104.96～619.93 mg·L-1、4.57～29.93 mg·L-1、6.17～29.47 mg·L-1和0.97～6.00 mg·L-1的人工污水，出水COD、氨氮、TN均能滿足《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 18 918-2002）一級(jí)B標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)具有約50%～60%的總磷去除率。

2.2 碳氮比對(duì)系統(tǒng)去除性能的影響

分散式生活污水因污染來(lái)源不同，水質(zhì)差異大，總體呈現(xiàn)碳氮磷比例不協(xié)調(diào)，特別是有高含氮廢水排入的地方，其污水碳氮比嚴(yán)重失調(diào)[12]。本研究在HRT為14.3 h（轉(zhuǎn)籠反應(yīng)池HRT為8 h）、轉(zhuǎn)籠轉(zhuǎn)速為10 r·min-1、回流比2.5、進(jìn)水COD濃度為500 mg·L-1的條件下，通過(guò)改變進(jìn)水氨氮、TN濃度，考察不同碳氮比對(duì)自回流分散式生活污水處理工藝裝置污染物去除效果的影響，研究結(jié)果如圖3所示。

圖3C/N對(duì)系統(tǒng)污染物去除性能的影響Fig.3Effect of C/N on the removal of pollutants

圖3 表明，在碳氮比為5∶1～20∶1范圍內(nèi)，系統(tǒng)對(duì)COD去除率保持在84%以上，出水COD濃度低于100 mg·L-1，滿足《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 8978-1996）一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，表明系統(tǒng)具有較好的有機(jī)物去除能力；氨氮去除率隨碳氮比降低而降低，亦或隨進(jìn)水氨氮濃度增加而下降，總氮去除效果與氨氮一致，氨氮和總氮去除率分別由碳氮比為20∶1時(shí)的97%和83%下降至碳氮比為5∶1時(shí)的18%和20%。這是因?yàn)楦甙钡獫舛葘?duì)有機(jī)物降解菌和硝化菌活性具有抑制作用[13]，同時(shí)由于反硝化過(guò)程中碳源的不足，導(dǎo)致TN去除效果不理想[14]。系統(tǒng)TP去除率隨C∶N下降而整體下降，由碳氮比為20∶1時(shí)的60%下降至碳氮比為5∶1時(shí)的35%，這是由于在C∶N降低的條件下，厭氧區(qū)中的反硝化細(xì)菌會(huì)優(yōu)先利用進(jìn)水碳源進(jìn)行反硝化，使得用于釋磷的碳源量大大降低，釋磷作用的減弱直接影響后續(xù)好氧吸磷過(guò)程，導(dǎo)致對(duì)磷酸鹽去除率的降低[15]?？傮w上，自回流分散式生活污水處理系統(tǒng)處理C∶N不低于17∶1人工配水，可實(shí)現(xiàn)出水COD、氨氮、TN濃度達(dá)到《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 18918-2002）一級(jí)B標(biāo)準(zhǔn)，處理C∶N不低于14∶1人工配水，可實(shí)現(xiàn)出水COD、氨氮出水濃度達(dá)到《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 8 978-1996）一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。

3 結(jié)論

（1）研發(fā)的自回流一體化分散式生活污水處理裝置具有良好的耐負(fù)荷沖擊能力。在HRT為14.3h（轉(zhuǎn)籠反應(yīng)池HRT為8 h），轉(zhuǎn)籠轉(zhuǎn)速為10 r·min-1，回流比為2.5條件下，分散式生活污水處理裝置處理COD、氨氮、TN、TP在104.96～619.93 mg·L-1、4.57～29.93 mg·L-1、6.17～29.47 mg·L-1和0.97～6.00 mg·L-1的人工污水，出水COD、氨氮、TN均能滿足《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 18918-2002）一級(jí)B標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)具有約50%～60%的總磷去除率。

（2）系統(tǒng)具有一定的低C∶N比生活污水處理能力。在C∶N不低于14∶1條件下能實(shí)現(xiàn)出水COD、氨氮出水濃度達(dá)到《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 8978-1996）一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)；在C∶N不低于17∶1條件下能實(shí)現(xiàn)出水COD、氨氮、TN濃度達(dá)到《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 18918-2002）一級(jí)B標(biāo)準(zhǔn)；同時(shí)具有50%以上總磷去除率。

[1]江科，王業(yè)春，張晟，等.三峽庫(kù)區(qū)小流域農(nóng)村生活污水排放格局及污染物特征[J].環(huán)境科學(xué)與技術(shù)，2015，38（6）：39-43.

[2]陳子愛，賀莉，施國(guó)中，等.農(nóng)村生活污水排放量及特征分析[J].中國(guó)沼氣，2016，34（4）：67-69.

[3]方芳，王磊，郭勁松，等.三峽庫(kù)區(qū)典型臨江村鎮(zhèn)排放污水的水質(zhì)水量特征分析[J].農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào)，2009，28（8）：1661-1668.

[4]李希希.重慶地區(qū)農(nóng)村分散型生活污水處理現(xiàn)狀及其技術(shù)適用性研究[D].西南大學(xué)，2015.

[5]續(xù)衍雪，吳熙，黃一凡，等.三峽庫(kù)區(qū)生態(tài)屏障區(qū)污水處理工藝及污水處理廠建設(shè)費(fèi)用研究[J].環(huán)境污染與防治，2016，38（4）：95-98，102.

[6]李袁琴，唐奕，梁進(jìn)，等.多面空心球載體新型生物轉(zhuǎn)籠處理生活污水性能研究[J].環(huán)境工程學(xué)報(bào)，2012，6（2）：496-500.

[7]國(guó)家環(huán)境保護(hù)總局，《水和廢水監(jiān)測(cè)分析方法》編委會(huì).水和廢水監(jiān)測(cè)分析方法（第四版）[M].北京：中國(guó)環(huán)境出版社，2002.

[8]周琦，黃勇，李祥，等.分散式生活污水處理工藝適宜性探討[J].水處理技術(shù)，2014，40（5）：22-26，37.

[9]李發(fā)站，呂錫武，竇月芹.生物法脫氮新技術(shù)及研究進(jìn)展[J].安全與環(huán)境工程，2005，12（2）：53-56.

[10]方振東，趙剛等.生物陶粒反應(yīng)器中硝化自養(yǎng)菌與異養(yǎng)菌生長(zhǎng)關(guān)系的研究[J].中國(guó)給水排水，1998，14（1）：18-22.

[11]鄭興燦，李亞新.污水除磷脫氮技術(shù)[M].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2000.

[12]郭永龍，武強(qiáng)，王焰新，等.分散式生活污水污染源的治理技術(shù)與方法述評(píng)[J].環(huán)境科學(xué)與技術(shù)，2004，27（1）：100-102.

[13]王慶，丁原紅，任洪強(qiáng)，等.高濃度氨氮對(duì)活性污泥性能的影響[J].工業(yè)用水與廢水，2012，43（2）：13-16.

[14]王宏杰，董文藝，甘光華，等.碳氮比對(duì)氣水交替式膜生物反應(yīng)器同步脫氮除碳的影響[J].哈爾濱工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2011，43（2）：45-49.

[15]王偉，陳強(qiáng)，王傳新，等.改良分段進(jìn)水工藝處理低C/N值污水內(nèi)循環(huán)比優(yōu)化[J].中國(guó)給水排水，2015（19）：48-52.

[責(zé)任編輯：丹興]

Effects of Loading and Carbon-nitrogen Ratio on the Removal of Integration Decentralized Sewage Treatment Device

Chen Ting-ting1,Huang Jian-sheng1,Liao Wei-ling1,Tong Qi-bang1,Zhu-li2, Zhang Jie3,Yao Yuan1,Lv Sheng-hong1,Wu jia-xi1

（1.Chongqing Academy of Environmental Science,Chongqing 401147,China;2.Internal Trade Engineering Design&Research Institute,Beijing 100069，China;3.Beijing Zexin Estate Co.,Ltd.,Beijing 100070，China）

In order to explore the effects of loading and the carbon-nitrogen ratio on the removal of integration decentralized sewage treatment device,the synthetic sewage with different wastewater concentration and different carbon-nitrogen ratio was treated by the device.The results showed that this device has good anti-shock hydraulic capability and can be used to treat wastewater with low carbon-nitrogen ratio.When the concentration of COD, NH3-N,TN and TP were 104.96～619.93 mg·L-1,4.57～29.93 mg·L-1,6.17～29.47 mg·L-1and 0.97～6.00 mg·L-1respectively,the effluent’s concentration of COD,NH3-N and TN can all meet the level 1-B of the Discharge standard of pollutants for municipal wastewater treatment plant(GB 18918-2002).When carbon-nitrogen ratio was higher than 14∶1,the effluent’s concentration of COD,NH3-N and TN can all meet the level 1 of the Integrated wastewater discharge standard(GB 8978-1996).When the carbon-nitrogen ratio was higher than 17∶1,the ef fluent’s COD,NH3-N and TN can all meet the level 1-B of the Discharge standard of pollutants for municipal wastewater treatment plant(GB 18918-2002).Meanwhile,process equipment has more than 50%of TP removal rate.

loading;carbon-nitrogen ratio;decentralized sewage;treatment device;performance

X502

A

2096-2347（2016）03-0059-06

10.19478/j.cnki.2096-2347.2016.03.09

2016-07-16

重慶市基礎(chǔ)科研業(yè)務(wù)費(fèi)計(jì)劃項(xiàng)目（2013cstc-jbky-01603、2013cstc-jbky-01611）。

陳婷婷（1992—），女，重慶酉陽(yáng)人，學(xué)士，助理工程師，主要從事水污染控制研究。E-mail：546510742@qq.com

*[通訊作者]黃健盛（1980—），男，廣西藤縣人，博士，正高級(jí)工程師，主要從事水污染控制研究。E-mail：303982960@qq.com