生物流化床一体化装备处理小城镇污水效能研究

江竹青，李果，毛圆翔，邓若愚，陈宇，唐立展，何强

(1.重庆大学 a.三峡库区生态环境教育部重点实验室；b.城市建设与环境工程学院，重庆 400045；2.中国矿业大学(北京)化学与环境工程学院，北京 100083)

生物流化床一体化装备处理小城镇污水效能研究

江竹青1a，李果1a，毛圆翔2，邓若愚1b，陈宇1b，唐立展1b，何强1a

(1.重庆大学 a.三峡库区生态环境教育部重点实验室；b.城市建设与环境工程学院，重庆 400045；2.中国矿业大学(北京)化学与环境工程学院，北京 100083)

小城镇污水；污水处理；一体化装备；生物流化床

随着我国城镇化进程的加快，小城镇的数量不断增加，据统计，截至2013年底我国建制镇和集镇的总数达4.2万多个，总人口约5.13亿，县城以外的小城镇人口总数达1.91亿[1]。目前，小城镇的污水排放量约占全国污水排放总量的50%以上[2]，然而80%的小城镇还没有建设配套的污水处理设施[3]，这些污水不经处理任意排放，将给环境带来巨大危害。因此，解决小城镇污水处理问题刻不容缓。小城镇污水具有水量小、水质水量变化大、氮磷含量高、有机物浓度低的特点。另外，小城镇还具有经济基础薄弱、技术人员缺乏、公众环保意识淡薄、排水体制不健全等问题[4]。小城镇污水处理的上述特点决定了传统的市政污水处理模式不再适用，必须综合考虑与之相适应的污水处理模式。

污水处理一体化装备集成多种工艺、流程紧凑、占地少、投资省、运行管理简便，更加适合小城镇污水的处理[5]。结合小城镇污水的水质特点及处理难点，本研究开发了一套生物流化床污水处理一体化装备，该装备集生物流化床和斜板沉淀池于一体，能较好地实现对污水中污染物的去除。试验中重点研究了该装备的运行效果以及运行参数对处理效果的影响。

1 设备与方法

1.1 试验装备

生物流化床一体化装备的设计如图1所示，主要由3个功能分区构成。左侧是生化区，从下往上依次是厌氧区、缺氧区、好氧流化区，中间是过渡区，右侧是实现泥水分离的斜板沉淀区。

1.进水管；2.配水区；3.穿孔网板；4.卵石层；5.厌氧区；6.硝化液布水管；7.缺氧区；8.微孔曝气装置；9.好氧流化区；10.穿孔挡渣板；11.出水堰；12.硝化液回流管；13.空压机；14.回流泵；15.过渡区；16.布水机；17.配水区；18.斜板沉淀区；19.两段式折流斜板；20.清水区；21.出水堰；22.出水管；23.泥斗；24.排泥管；25.穿孔板砾石层；26.滤液区图1 生物流化床一体化装备示意图Fig.1 Schematic diagram of integrated biological fluidized bed equipment

一体化装备外观尺寸为0.6 m×1.1 m×3.7 m，设计处理规模为3 m3/d。生化区的平面尺寸为0.6 m×0.6 m，高度为2.8 m，体积为1 m3，其中厌氧区、缺氧区、好氧流化区的高度比为1∶1∶3，高度分别为0.56 m、0.56 m、1.68 m，各区水力停留时间分别为1.6 h、1.6 h、4.8 h。斜板沉淀区尺寸为0.6 m×0.4 m×3.08 m，水力停留时间为4.2 h。厌氧区、缺氧区填充火山岩速分生化球，直径100 mm，填充率100%，好氧流化区投加悬浮活性生物填料，规格φ25×12 mm，比重0.985，比表面积大于500 m2/m3，投加率30%。装备运行时，原水依次通过厌氧区、缺氧区、好氧流化区，好氧区出水一部分回流至缺氧区，其余经过渡区流入斜板沉淀区，经泥水分离后的清水由沉淀区上部出水管排出，污泥沉入底部泥斗经排泥管排出。

1.2 原水水质

试验场地位于重庆市某污水处理厂。装备进水为经粗格栅和旋流沉砂池处理后的污水，试验污水水质如表1所示。从表1可以看出，该厂进水水质符合小城镇污水的水质特点，采用该厂的进水作为试验用水是可行的。

表1 试验污水水质

1.3 水质分析方法

2 结果与分析

2.1 装备运行效果

2.1.1 COD的去除效果

一体化装备对COD的去除效果如图2所示。系统进水COD浓度范围为78～244 mg/L，平均浓度163 mg/L，出水COD浓度范围为13～24 mg/L，平均浓度18 mg/L，装备对COD的平均去除率88.6%，出水水质良好，达到城镇污水处理厂污染物排放标准(GB 18918—2002)的一级A标准。

图2 一体化装备对COD的去除效果Fig.2 Removal effect of COD by using the integrated equipment

图3 一体化装备对-N的去除效果Fig.3 Removal effect of NH4+-N by using the integrated equipment

2.1.3 TN的去除效果

一体化装备对TN的去除效果如图4所示。由图4可知，进水TN浓度范围为22.7～55.7 mg/L，平均浓度为32.6 mg/L，出水TN浓度为13.1～25.3 mg/L，平均浓度为17.1 mg/L，去除率在37.7%～55.6%，平均值为46.7%。除个别TN进水浓度出现异常情况，出水基本能够稳定在20 mg/L以下，满足一级B标准的排放要求。

图4 一体化装备对TN的去除效果Fig.4 Removal effect of TN by using the integrated equipment

装备的脱氮效率不高，这是由于进水碳源较低导致的，系统进水COD/TN值在3～6。从生物脱氮的角度来看，只有当COD/TN≥7时，才能取得较好的总氮去除率[6]。碳源不足，会抑制反硝化细菌的生长繁殖，影响反硝化反应的进行，导致TN的去除率不高。

2.1.4 TP的去除效果

一体化装备对TP的去除效果如图5所示。进水TP浓度在3.4～6.4 mg/L，平均值5.2 mg/L，出水浓度均在1.9 mg/L以上，平均去除率52.0%。可见，装备的除磷效率不好，不能满足排放要求。生物除磷主要是通过厌氧、好氧环境的交替来实现的，聚磷菌在厌氧环境中释磷，好氧环境中过量摄取磷酸盐，形成高磷污泥最终排出[7]。生物流化床产泥量低，生物除磷效果不佳。因此，应当采取后续强化除磷措施，使出水总磷浓度能够稳定达标。

图5 一体化装备对TP的去除效果Fig.5 Removal effect of TP by using the integrated equipment

选取PAC(聚合氯化铝)作为除磷药剂，以好氧区出水为试验用水开展除磷试验。试验结果表明：当PAC投加量达到50 mg/L时，出水TP浓度能够维持在1.0 mg/L以下；投加量达到70 mg/L时，出水TP浓度能够维持在0.5 mg/L以下。

2.2 运行参数对去除效果的影响

在对设计参数下运行效果考察的基础之上，进一步研究气水比、硝化液回流比、水力停留时间HRT等运行参数对一体化装备运行效果的影响。

2.2.1 气水比对去除效果的影响

2.2.2 硝化液回流比对去除效果的影响

2.2.3 水力停留时间HRT对去除效果的影响

在水力停留时间HRT为10 h、8 h、6 h、5 h的条

3 结论

(1)在进水流量3 m3/d、气水比5∶1、回流比200%的条件下运行时对COD、NH4+-N、TN、TP的平均去除率分别为88.6%、84.3%、46.7%、52.0%，除TP外，均能达到一级B标准。

(2)影响装备效率的参数主要有水力停留时间、气水比、回流比、COD/TN值等。装备最佳运行参数为：水力停留时间HRT 8 h，气水比5∶1，回流比300%。

(3)该装备结构紧凑、占地少、运行管理简便、除污能力强，具有在小城镇污水处理领域推广应用的前景。

[1] 刘丽, 佟首辉. 小城镇水处理的现状与展望[J]. 辽宁化工, 2014(1): 25- 27.

[2] 兰世平. 浅谈小城镇污水处理现状及处理工艺[J]. 环境与生活, 2014(14): 48.

[3] 石忆邵. 中国新型城镇化与小城镇发展[J]. 经济地理, 2013, 33(7): 47- 52.

[4] 苏诚, 刘康怀, 史奇峰, 等. 小城镇污水处理排放标准小议[J]. 中国给水排水, 2011, 27(6): 32- 35.

[5] 梁建军, 刘明祥, 何强, 等. 两段折流斜板污水预处理一体化设备的净化效能[J]. 中国给水排水, 2012(17): 17- 20.

[6] 高景峰, 彭永臻, 王淑莹. 有机碳源对低碳氮比生活污水好氧脱氮的影响[J]. 安全与环境学报, 2005(06): 11- 15.

[7] 吴灵彦, 王文明, 孙华. 城市污水处理厂污水处理方法及运行期环境影响评价要点分析[J]. 城市建设理论研究, 2015(20)：278.

Study on Performance of Integrated Biological Fluidized Bed Equipment in Small Town Wastewater Treatment

JIANG Zhu-qing1a, LI Guo1a, MAO Yuan-xiang2, DENG Ruo-yu1b, CHEN Yu1b， TANG Li-zhan1b, HE Qiang1a

(1.a.Key Laboratory of Three Gorges Reservoir Region’s Eco-Environment, Ministry of Education; b.Faculty of Urban Construction and Environmental Engineering, Chongqing University, Chongqing 400045, China; 2.School of Chemical & Environmental Engineering, China University of Mining & Technology(Beijing), Beijing 100083, China)

small town wastewater; wastewater treatment; integrated equipment; biological fluidized bed

2017-03-24

“国家水体污染控制与治理科技重大专项”：小城镇污水处理成套设备产业化与整装集成应用(2015ZX07319-001)

江竹青(1992—)，男，江西九江人，硕士研究生，主要研究方向为水污染控制技术，E-mail：769482431@qq.com

10.14068/j.ceia.2017.03.017

X703.1

A

2095-6444(2017)03-0066-04