隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和農(nóng)村城鎮(zhèn)化的推進(jìn)，自來水、廁所、淋浴、整體廚房等城鎮(zhèn)化設(shè)施在農(nóng)村逐步普及，導(dǎo)致農(nóng)村用水習(xí)慣發(fā)生顯著變化，用水量增加，污水排放量增加。然而，在大多數(shù)農(nóng)村地區(qū)，基礎(chǔ)配套設(shè)施不齊全，缺乏污水收集和處理的環(huán)保設(shè)施，帶來了嚴(yán)重的環(huán)境污染和公共衛(wèi)生安全問題，引起了社會(huì)的廣泛關(guān)注。根據(jù)農(nóng)村的經(jīng)濟(jì)和技術(shù)條件，有效處理農(nóng)村污水是非常必要的。

近年來，政府加大了對(duì)農(nóng)村水環(huán)境治理的投入，建設(shè)了一批集中污水處理廠和農(nóng)村分散污水處理站。但是面對(duì)占全國(guó)總面積近90%、人口約50%的農(nóng)村，已經(jīng)建成的農(nóng)村污水處理站，大部分都是財(cái)政解決不了的。由于農(nóng)村基層缺乏經(jīng)營(yíng)管理技術(shù)、經(jīng)驗(yàn)和專業(yè)技術(shù)人員，不能正常運(yùn)行或長(zhǎng)期閑置，造成環(huán)境污染和國(guó)有資產(chǎn)流失。因此，結(jié)合農(nóng)村的實(shí)際情況，研究和開發(fā)適合農(nóng)村的一體化裝置污水處理對(duì)我國(guó)農(nóng)村環(huán)境污染治理具有深遠(yuǎn)的意義。

針對(duì)我國(guó)農(nóng)村家庭較為分散，沒有污水收集管網(wǎng)或地形復(fù)雜，污水難以收集的情況，在前人研究的基礎(chǔ)上，改進(jìn)了一種以農(nóng)戶為處理單元的一體化污水處理裝置——生物轉(zhuǎn)盤%,并對(duì)其在農(nóng)戶中的處理效果進(jìn)行了研究，為農(nóng)戶污水的分散處理提供了技術(shù)參考。

第一，實(shí)驗(yàn)部分

1.1包裝生物轉(zhuǎn)盤

實(shí)驗(yàn)生物填料轉(zhuǎn)盤裝置由罐體、填料轉(zhuǎn)盤和電機(jī)組成，如圖1所示。該池為半圓柱形，分為三部分:厭氧區(qū)、好氧區(qū)和沉淀區(qū)，是典型的A/O工藝。

池塘直徑0.6m，長(zhǎng)度1.6m，有效容積約0.22m3，其中厭氧區(qū)長(zhǎng)度0.3m，好氧區(qū)長(zhǎng)度1.1m，沉淀區(qū)長(zhǎng)度0.2m，設(shè)計(jì)處理規(guī)模為0.3m3/d(3-4人/戶)。生物填料轉(zhuǎn)盤裝置的厭氧區(qū)和好氧區(qū)設(shè)有填料轉(zhuǎn)盤。厭氧區(qū)填料轉(zhuǎn)盤直徑為0.2m，長(zhǎng)度為0.25m，填料為φ10mm輕質(zhì)多面空心球生物填料，完全浸沒在水面下。好氧區(qū)填料轉(zhuǎn)盤直徑0.5m，長(zhǎng)度0.9m，填料φ20m。填料高度為轉(zhuǎn)盤直徑的0.75倍，以防止填料結(jié)塊，有利于老化生物膜的脫落和空氣傳質(zhì)。沉淀區(qū)填料高度為0.2m，填料直徑為3 & # 12316；5mm活性炭顆粒，底部有出泥口，重力排泥。

農(nóng)村生活污水由家庭化糞池收集，用泵打入?yún)捬鯀^(qū)，污染物在厭氧微生物的作用下得到初步降解。厭氧出水溢流進(jìn)入好氧區(qū)，在好氧區(qū)生物膜的作用下，污染物被碳化、硝化，得到充分降解。降解出水在沉淀區(qū)沉淀，經(jīng)濾料過濾后，一部分回流至蠕動(dòng)泵進(jìn)水口，一部分排放。水中脫落的生物膜沉淀到沉淀區(qū)的底部，并定期排放到化糞池。在排放的同時(shí)，濾料的反沖洗是靠重力流完成的。

在厭氧區(qū)和好氧區(qū)，有一個(gè)填料轉(zhuǎn)盤，由電機(jī)驅(qū)動(dòng)，對(duì)厭氧區(qū)進(jìn)行攪拌，對(duì)好氧區(qū)進(jìn)行機(jī)械曝氣，從而節(jié)省能耗，降低運(yùn)行成本。填充的輕質(zhì)生物填料用作生物膜固定介質(zhì)，形成更大的生物附著表面。為便于操作和管理，該裝置的動(dòng)力來自減速電機(jī)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。該裝置是結(jié)合生物濾池和生物濾池的特點(diǎn)設(shè)計(jì)的，屬于生物膜法。活性污泥法不存在污泥漂移、膨脹、泡沫等問題，易于管理，生物量大，污泥產(chǎn)量小，處理效果好，適合農(nóng)村家庭使用。

1.2實(shí)驗(yàn)水質(zhì)

實(shí)驗(yàn)于2017年4月在秦皇島市盧龍縣董家洛的一個(gè)農(nóng)家進(jìn)行。這個(gè)農(nóng)民有4口人，家里有一個(gè)化糞池。他家廚房、洗手間、院內(nèi)洗衣房的廢水進(jìn)入化糞池。經(jīng)初步分析測(cè)試，平均廢水量為0.24m3/d，廢水COD為160 & # 12316；260毫克/升.NIV-N的質(zhì)量濃度為16.8 & # 12316；23.6毫克/升.TN的質(zhì)量濃度為24.2 & # 12316；32.5毫克/升.TP的質(zhì)量濃度為1.5 & # 12316；4.8毫克/升.pH值為7 & # 12316；8。

1.3設(shè)備啟動(dòng)和運(yùn)行

生物轉(zhuǎn)盤裝置的生物膜培養(yǎng)采用間接膜法。接種污泥取自秦皇島市a 污水處理廠的剩余污泥，與生活污水以4: 1的比例混合，然后泵入生物轉(zhuǎn)盤的厭氧區(qū)和好氧區(qū)。啟動(dòng)填料盤，以2r/min的速度旋轉(zhuǎn)曝氣培養(yǎng)，24小時(shí)后關(guān)閉轉(zhuǎn)盤沉淀2h，瀝干上清液，泵入新鮮生活污水，然后啟動(dòng)轉(zhuǎn)盤曝氣培養(yǎng)，重復(fù)上述操作。7天左右，轉(zhuǎn)盤的框架和填料表面掛了一層薄薄的灰色生物膜，底部污泥通過沉淀排出。連續(xù)向底泥中加入少量水進(jìn)行動(dòng)態(tài)培養(yǎng)，并逐漸增加流速。約20天后，填料上的膜明顯變厚，摸上去光滑而有粘性，鏡檢出現(xiàn)輪蟲和線蟲，說明生物膜成熟，流速調(diào)整到設(shè)計(jì)流速運(yùn)行。

1.4分析項(xiàng)目和方法

COD、NH4+-N、TN、TP常規(guī)水質(zhì)指標(biāo)采用聯(lián)華科技多功能水質(zhì)分析儀，按照國(guó)家環(huán)保部頒布的相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)方法測(cè)定。pH DO用hash便攜式酸度計(jì)和溶解氧測(cè)定儀測(cè)定。

二。結(jié)果和討論

2.1 COD處理效果

生物轉(zhuǎn)盤裝置在生物膜培養(yǎng)階段，即生物膜形成的啟動(dòng)階段，COD的變化和去除效果如圖2所示。

從圖2可以看出，填料生物轉(zhuǎn)盤啟動(dòng)階段進(jìn)水的COD為170 & # 12316；250mg/L時(shí)，培養(yǎng)初期系統(tǒng)的COD去除率達(dá)到23.6%，這是由于投加的活性污泥菌株的吸附作用。隨著投加的活性污泥適應(yīng)系統(tǒng)并附著在填料上，COD去除率穩(wěn)步上升，培養(yǎng)7-8天，COD去除率穩(wěn)定在50%以上。如圖3(a)所示，轉(zhuǎn)盤框架和填料表面掛有一薄層淺灰色生物膜。系統(tǒng)改為小流量連續(xù)進(jìn)水。第9天和第10天，COD的去除率略有下降，主要是因?yàn)閮蓚€(gè)原因:一方面，為了減少活性污泥與生物膜的競(jìng)爭(zhēng)，底部活性污泥排出，導(dǎo)致處理效果下降。另一方面，進(jìn)入系統(tǒng)的水流量小，導(dǎo)致初期有機(jī)物較少，影響了生物膜對(duì)有機(jī)物的降解。隨著流速的增加和系統(tǒng)微生物對(duì)連續(xù)進(jìn)水的適應(yīng)，COD去除率不斷提高，20天左右穩(wěn)定在75%以上。轉(zhuǎn)盤框架和填料表面的灰色生物膜明顯增厚，如圖3(b)所示，出水COD穩(wěn)定在50mg/L以下，表明填料生物轉(zhuǎn)盤掛膜完成。整個(gè)掛膜周期長(zhǎng)達(dá)20天，比普通生物濾池長(zhǎng)。主要原因是:一方面，秦皇島地區(qū)4月氣溫低，早晚溫差大；另一方面，填料在轉(zhuǎn)盤中隨轉(zhuǎn)盤旋轉(zhuǎn)，比靜態(tài)填料吸附掛膜慢。

2.2氨氮的處理效果

生物旋轉(zhuǎn)填料床生物膜培養(yǎng)階段NH/-N的變化和去除效果如圖4所示。

從圖4中可以看出，掛膜啟動(dòng)后的前6天，NH/-N的去除率較低，平均不到8%，生長(zhǎng)緩慢，主要是因?yàn)樵趻炷こ跗?，?xì)菌不穩(wěn)定地附著在轉(zhuǎn)盤的填料上，隨著轉(zhuǎn)盤的轉(zhuǎn)動(dòng)容易分離；同時(shí)，硝化細(xì)菌是自養(yǎng)細(xì)菌，其生長(zhǎng)速度比降解有機(jī)物的異養(yǎng)細(xì)菌慢。它們?cè)谂c異養(yǎng)菌爭(zhēng)奪碳源和溶解氧方面處于劣勢(shì)，影響硝化反應(yīng)，需要更長(zhǎng)的時(shí)間附著和適應(yīng)旋轉(zhuǎn)填料表面。6天后，NH/-N去除率迅速上升，16天左右達(dá)到81%，表明硝化菌適應(yīng)新環(huán)境后開始大量生長(zhǎng)繁殖，與異養(yǎng)菌的競(jìng)爭(zhēng)劣勢(shì)減弱。20天左右，去除率達(dá)到85%以上，運(yùn)行穩(wěn)定。

2.3總氮處理效果

污水中總氮的去除是通過微生物同化和反硝化來完成的，其中同化對(duì)TN的去除較少，反硝化是總氮去除的主要過程。然而，反硝化作用需要在好氧區(qū)產(chǎn)生硝酸鹽。在系統(tǒng)啟動(dòng)初期，填料生物轉(zhuǎn)盤的生物膜沒有形成，好氧區(qū)混合液中產(chǎn)生的硝酸鹽較少。因此，啟動(dòng)初期不進(jìn)行硝化液回流和總氮的測(cè)定。本實(shí)驗(yàn)中，生物膜培養(yǎng)20天后，硝化液開始回流(重力回流至泵入口)，回流比為150%。TN的變化和去除效果如圖5所示。

從圖5可以看出，當(dāng)混合液回流比為150%時(shí)，運(yùn)行第二天TN的去除率將達(dá)到36.3%，這表明前20天厭氧區(qū)填料中已經(jīng)存在反硝化菌的生物膜?；亓骱鬄榉聪趸姆聪趸瘎?chuàng)造了有利條件。之后TN的去除率逐漸升高，在反硝化實(shí)驗(yàn)的第5天，TN的去除率達(dá)到60%以上，說明厭氧區(qū)的生物轉(zhuǎn)盤為反硝化細(xì)菌提供了良好的生長(zhǎng)環(huán)境，促進(jìn)了反硝化細(xì)菌的快速生長(zhǎng)和繁殖。

2.4系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的處理效果

生物轉(zhuǎn)盤中生物膜培養(yǎng)完成后，系統(tǒng)將進(jìn)入正常運(yùn)行階段。2017年5月至11月系統(tǒng)運(yùn)行效果見表1。進(jìn)水水質(zhì)和出水水質(zhì)為測(cè)量期間的平均值。

從表1可以看出，填料生物轉(zhuǎn)盤在運(yùn)行期間(5-11月)運(yùn)行穩(wěn)定，COD、氨氮、總氮、總磷的去除效率分別穩(wěn)定在75%、85%、65%、75%以上。出水水質(zhì)的COD、氨氮和總氮均優(yōu)于F鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)(GB 18918-2008)11月份的處理效果略低于其他月份，這是由于氣溫降低，填料轉(zhuǎn)盤上生物膜的生物酶活性減弱，降解速率減慢，導(dǎo)致污染物去除效果下降。因此，冬季設(shè)備運(yùn)行時(shí)，應(yīng)考慮加罩或置于室內(nèi)等保溫措施。

2.5設(shè)備運(yùn)行管理

由于農(nóng)村家庭污水量少，裝置設(shè)計(jì)采用的進(jìn)水泵為蠕動(dòng)泵，與污水無直接接觸，不存在泵的堵塞、腐蝕等問題。只需定期檢查泵的蠕動(dòng)管，如果發(fā)現(xiàn)損壞，則更換。除了泵，該裝置還有一個(gè)動(dòng)力設(shè)備減速電機(jī)，基本不需要維護(hù)。上層工藝單元采用生物膜法，不存在活性污泥法的污泥膨脹等技術(shù)問題，不需要專業(yè)技術(shù)人員進(jìn)行運(yùn)行維護(hù)。運(yùn)行過程中，定期打開排泥閥，將沉淀區(qū)的污泥排至化糞池，并排出底部污泥。同時(shí)，沉淀池中的填料也要同時(shí)進(jìn)行反沖洗，一般冬季10-15天，夏季3-5天，直到沉淀區(qū)的水排盡。整個(gè)操作過程簡(jiǎn)單，不需要專業(yè)技術(shù)人員。

三。結(jié)論

1)填料生物轉(zhuǎn)盤裝置能夠?qū)崿F(xiàn)農(nóng)村家庭生活污水污染物的處理，結(jié)構(gòu)緊湊，占地面積小，無需專業(yè)維護(hù)，用戶操作管理簡(jiǎn)單，適用于農(nóng)村家庭分散生活污水的處理。

2)填料生物轉(zhuǎn)盤裝置穩(wěn)定運(yùn)行后，對(duì)污水中的COD、氨氮、總氮、總磷有較好的去除效果，出水水質(zhì)穩(wěn)定。出水COD、氨氮、總氮優(yōu)于GB 18918—2002中的一級(jí)A排放標(biāo)準(zhǔn)，TP可滿足GB 18918—2002中的二級(jí)B排放標(biāo)準(zhǔn)。(來源:河北環(huán)境工程學(xué)院)

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