曝氣生物凈化塘處理農(nóng)村生活污水效果——以豫南地區(qū)商城縣為例

水處理網(wǎng)訊:摘要：為了提高農(nóng)村生活污水治理效果的穩(wěn)定性,同時(shí)考慮農(nóng)村水生態(tài)景觀建設(shè)需求,將具有強(qiáng)大調(diào)節(jié)能力的穩(wěn)定塘技術(shù)、適合低濃度有機(jī)污水處理的接觸氧化法和淺水湖泊草型清水穩(wěn)態(tài)理論相結(jié)合,提出曝氣生物凈化塘工藝,應(yīng)用于豫南地區(qū)商城縣11個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)街區(qū)的農(nóng)村生活污水處理,并選擇其中4個(gè)典型案例運(yùn)行1年的效果進(jìn)行總結(jié)。結(jié)果表明:受鄉(xiāng)鎮(zhèn)街區(qū)的合流制排水系統(tǒng)、豫南地區(qū)多雨的氣候特點(diǎn)及住戶利用化糞池污水澆灌菜園習(xí)慣的影響,商城縣各鄉(xiāng)鎮(zhèn)街區(qū)生活污水污染物濃度低且存在較大的波動(dòng)性;曝氣生物凈化塘水力停留時(shí)間長(zhǎng),污水可在塘中完全混合,并形成適宜低污染物濃度凈化的菌-草共生清水穩(wěn)態(tài)系統(tǒng),使凈化后出水化學(xué)需氧量(CODCr)、氨氮(NH3-N)、總氮(TN)、總磷(TP)指標(biāo)均達(dá)到DB41/1820—2019《農(nóng)村生活污水處理設(shè)施水污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》一級(jí)標(biāo)準(zhǔn),且出水CODCr、NH3-N指標(biāo)達(dá)到GB 3838—2002《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》Ⅳ類及以上水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。曝氣生物凈化塘適合低污染水平的農(nóng)村生活污水的治理,且能形成清水型農(nóng)村水生態(tài)景觀。

農(nóng)村生活污水是一類重要的污染源。農(nóng)村地區(qū)人口密度小、居住分散,使農(nóng)村生活污水具有產(chǎn)生量小、水質(zhì)與水量波動(dòng)大、收集與處理難的特點(diǎn),加之污水往往與雨水混合,導(dǎo)致污染物濃度低,在處理技術(shù)上的要求不同于城市生活污水。農(nóng)村生活污水的處理除考慮污水特征外,還應(yīng)考慮不同農(nóng)村的地域特點(diǎn)、氣候與經(jīng)濟(jì)水平差異等,應(yīng)因地制宜地選取不同的處理工藝。

國(guó)外開展農(nóng)村生活污水治理較早,不同國(guó)家/地區(qū)采用的處理技術(shù)不同。如美國(guó)于20世紀(jì)中期開始農(nóng)村生活污水治理工作,主要采用化糞池-土壤處理系統(tǒng)[1]處理農(nóng)村家庭污水;歐洲較多采用人工濕地技術(shù)進(jìn)行農(nóng)村地區(qū)生活污水處理與水資源回用[2],其中法國(guó)就超過(guò)500座[3],而在氣溫較低的波蘭也采用人工濕地處理單戶生活污水[4];日本于20世紀(jì)60年代開發(fā)了凈化槽(Johkasou)技術(shù)且形成一套比較完善的技術(shù)管理體系,至2012年凈化槽技術(shù)服務(wù)人口超過(guò)日本總?cè)丝诘?0%[5-6];韓國(guó)主要采用生物膜法、高效組合工藝、序批式活性污泥法(SBR)等[7]進(jìn)行農(nóng)村生活污水治理;在發(fā)展中國(guó)家及發(fā)達(dá)國(guó)家的邊遠(yuǎn)地區(qū),常采用穩(wěn)定塘(waste stabilization ponds,WSPs)技術(shù)處理農(nóng)村生活污水,并將處理后尾水回用于公共區(qū)域綠化或農(nóng)業(yè)灌溉[8]。

我國(guó)于2000年左右開始研究農(nóng)村生活污水處理技術(shù)。如浙江省于2003年開展農(nóng)村生活污水治理,其北部地區(qū)多采用好氧/好氧+生態(tài)處理工藝,中部和南部山區(qū)選擇厭氧/厭氧+生態(tài)處理工藝[9];北京市于2006年開展78個(gè)村的生活污水處理工程示范研究,采用的工藝包括生物接觸氧化、生物轉(zhuǎn)盤、厭氧生物濾池及膜生物反應(yīng)器[10];我國(guó)中部地區(qū)山西、河南、湖北等省份農(nóng)村生活污水治理技術(shù)的抽樣調(diào)查結(jié)果顯示,73.33%的省份采用生物處理技術(shù),16.67%采用生態(tài)處理技術(shù),10.00%采用生物生態(tài)組合技術(shù)[11]。我國(guó)農(nóng)村生活污水具有水質(zhì)、水量波動(dòng)大的特點(diǎn),選擇處理效率高、經(jīng)濟(jì)性好、實(shí)用性強(qiáng)、便于運(yùn)行維護(hù)與管理的農(nóng)村生活污水處理技術(shù)和設(shè)備非常重要[12-13]。目前我國(guó)農(nóng)村地區(qū)生活污水處理方面存在技術(shù)儲(chǔ)備不足,缺乏污水治理與資源化利用相結(jié)合的創(chuàng)新技術(shù)等問(wèn)題[14]。

2018年2月,中共中央辦公廳、國(guó)務(wù)院辦公廳印發(fā)了《農(nóng)村人居環(huán)境整治三年行動(dòng)方案》,提出開展廁所糞污治理,梯次推進(jìn)農(nóng)村生活污水治理[15],從此開啟了全國(guó)農(nóng)村生活污水治理的提速進(jìn)程。2019年中央農(nóng)村工作領(lǐng)導(dǎo)小組辦公室、農(nóng)業(yè)農(nóng)村部等九部門聯(lián)合印發(fā)《關(guān)于推進(jìn)農(nóng)村生活污水治理的指導(dǎo)意見》[16],在扎實(shí)推進(jìn)農(nóng)村生活污水治理重點(diǎn)任務(wù)中要求合理選擇技術(shù)模式,因地制宜地采用污染治理與資源利用相結(jié)合、工程措施與生態(tài)措施相結(jié)合、集中與分散相結(jié)合的建設(shè)模式和處理工藝,并鼓勵(lì)具備條件的地區(qū)采用以漁凈水、人工濕地、氧化塘等生態(tài)處理模式。

為解決豫南地區(qū)農(nóng)村生活污水處理技術(shù)實(shí)際效果不理想的現(xiàn)實(shí)困境,通過(guò)基層調(diào)研,針對(duì)豫南地區(qū)鄉(xiāng)鎮(zhèn)街區(qū)雨污合流排水體制收集的污水濃度低、水質(zhì)與水量波動(dòng)大的特點(diǎn),同時(shí)考慮農(nóng)村景觀和農(nóng)業(yè)回用的需要,將穩(wěn)定塘技術(shù)、接觸氧化法和淺水湖泊草型清水穩(wěn)態(tài)理論相結(jié)合,研發(fā)了曝氣生物凈化塘(aerated biological purification pond,ABPP)工藝,并于2019年11月在商城縣建成了11個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)街區(qū)的農(nóng)村生活污水處理工程。筆者選擇其中4個(gè)具有代表性的工程案例,通過(guò)工程實(shí)施后1年的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)比較,分析農(nóng)村生活污水合流制收集系統(tǒng)的水質(zhì)特征,總結(jié)曝氣生物凈化塘工藝處理農(nóng)村生活污水的效果和適用性,以期為我國(guó)中部地區(qū)農(nóng)村生活污水治理提供新思路和創(chuàng)新工藝。

1 研究區(qū)概況與研究方法

1.1 研究區(qū)概況

豫南地區(qū)商城縣位于河南省東南部,大別山北麓,鄂、豫、皖三省交界處,地處北亞熱帶北緣,氣候溫和,雨量充沛,四季分明。近20年年平均氣溫為15.4 ℃,1月平均氣溫為2.0 ℃,7月平均氣溫為27.6 ℃。2018年降水量為1 046.9 mm,年平均氣溫為16.7 ℃。商城縣共轄17個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)、300多個(gè)村組,總?cè)丝?0余萬(wàn)人。農(nóng)村經(jīng)濟(jì)主要以糧食、茶葉等種植業(yè)為主,為省級(jí)生態(tài)縣、全國(guó)休閑農(nóng)業(yè)與鄉(xiāng)村旅游示范縣、生態(tài)產(chǎn)茶大縣,優(yōu)勢(shì)主導(dǎo)產(chǎn)業(yè)是旅游業(yè)。全縣共有較大河流30余條,大中小水庫(kù)60余座,河流與水庫(kù)水質(zhì)良好、水體清澈,大部分水體為GB 3838—2002《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》Ⅲ類。由于農(nóng)業(yè)灌溉、生活洗滌、農(nóng)村景觀和歷史習(xí)俗等原因,有修建水塘的傳統(tǒng),全縣共有水塘5 000余口,有利用水塘提升農(nóng)村水生態(tài)景觀的基礎(chǔ)條件。鄉(xiāng)鎮(zhèn)街區(qū)及村組均為雨污合流系統(tǒng),基本沒(méi)有排放污水的工業(yè)企業(yè),主要是生活污水且污染物濃度低,可將農(nóng)村生活污水治理與種植業(yè)灌溉以及農(nóng)村水生態(tài)景觀相結(jié)合。

1.2 曝氣生物凈化塘工藝

曝氣生物凈化塘是一種將穩(wěn)定塘、生物接觸氧化法和淺水湖泊草型清水穩(wěn)態(tài)理論相融合形成的生活污水生態(tài)凈化工藝。其中,穩(wěn)定塘是在池塘內(nèi)利用菌-藻共生系統(tǒng)凈化污水的生態(tài)處理工藝,污染物通過(guò)吸附、生物降解、光降解作用被去除[10],藻類光合作用提供微生物降解所需的氧氣,水體流動(dòng)與混合主要由風(fēng)力驅(qū)動(dòng)[17]。該工藝建設(shè)和運(yùn)營(yíng)成本低、管理方便,我國(guó)在“七五”“八五”期間研究與應(yīng)用較多[18],目前在世界上許多國(guó)家仍有較多應(yīng)用。接觸氧化法(biological contact oxidation process,BCOP)在凈化池中放置浸沒(méi)于水中的填料作為生物膜載體,由底部曝氣為微生物供氧,是一種生物膜法污水處理工藝。該工藝適用于處理低濃度生活污水,可應(yīng)用于污染河水凈化[19-20]和景觀水凈化[21]。草型清水穩(wěn)態(tài)理論指淺水生態(tài)系統(tǒng)存在以大型水生植物(草型)為主要初級(jí)生產(chǎn)者的清水穩(wěn)態(tài)和以浮游藻類(藻型)為主要初級(jí)生產(chǎn)者的濁水穩(wěn)態(tài)[22],2種類型都符合生態(tài)系統(tǒng)抵抗變化、保持平衡的穩(wěn)態(tài)特征,水生態(tài)系統(tǒng)會(huì)在長(zhǎng)期的人為脅迫或短期的強(qiáng)擾動(dòng)下發(fā)生穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)換[23]。沉水植物在清水穩(wěn)態(tài)中發(fā)揮重要作用,如降低水體中的營(yíng)養(yǎng)鹽及有機(jī)物濃度,改善水體溶解氧濃度和透明度[24⇓-26],分泌化感物質(zhì)抑制藻類生長(zhǎng)[27],因此,可利用沉水植物清水穩(wěn)態(tài)進(jìn)行污染物的凈化。與傳統(tǒng)氧化塘(或穩(wěn)定塘)的菌-藻共生濁水穩(wěn)態(tài)系統(tǒng)工藝不同,曝氣生物凈化塘為菌-草共生清水穩(wěn)態(tài)系統(tǒng)。

曝氣生物凈化塘工藝流程為進(jìn)水—格柵—調(diào)節(jié)池—生物凈化塘—出水(圖1)。其中,凈化塘中安裝了曝氣推流機(jī),起到增氧和推流的作用;凈化塘內(nèi)設(shè)置的生物模塊可增加微生物附著面積,增強(qiáng)微生物處理能力;塘內(nèi)同時(shí)培育有沉水植物,構(gòu)建形成較為完整的水生態(tài)系統(tǒng)。凈化塘底部設(shè)置有防滲膜,以防污染地下水,一般塘內(nèi)保持水深1.8~2.0 m。曝氣生物凈化塘工藝具有穩(wěn)定塘強(qiáng)大的調(diào)節(jié)能力和建設(shè)、運(yùn)營(yíng)成本低的特性,同時(shí)吸收了生物接觸氧化法有效降解低濃度有機(jī)物的優(yōu)勢(shì),可以利用農(nóng)村地區(qū)原有水塘改造或依地形、地貌建設(shè),在處理農(nóng)村生活污水的同時(shí),依據(jù)草型清水穩(wěn)態(tài)理論營(yíng)造出具有農(nóng)村特色的水生態(tài)景觀。

1.3 工程案例情況

根據(jù)曝氣生物凈化塘占地面積大小、有無(wú)防滲、是否考慮農(nóng)業(yè)回用與農(nóng)村生態(tài)景觀等因素,選取商城縣已建成的11個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)街區(qū)的農(nóng)村生活污水處理工程中的4個(gè)有代表性的工程案例(表1)進(jìn)行研究。工程案例Ⅰ~Ⅳ分別座落于商城縣所轄汪崗鎮(zhèn)、豐集鎮(zhèn)、金剛臺(tái)鎮(zhèn)和吳河鄉(xiāng),4個(gè)工程案例均位于河岸邊,采用雨污合流系統(tǒng)收集生活污水,污水處理后排入河道。根據(jù)DB41/T 958—2020《農(nóng)業(yè)與農(nóng)村生活用水定額》中人均日用水量〔60 L/(d·人)〕和鎮(zhèn)政府提供的服務(wù)人口數(shù)估算生活污水產(chǎn)生量,污水排放系數(shù)取0.8,計(jì)算各工程案例的實(shí)際處理污水量?？紤]到曝氣生物凈化塘有強(qiáng)大的調(diào)節(jié)能力,污水提升泵按4倍污水量配備,用于降雨時(shí)提升初期雨水。

農(nóng)村生活污水處理后的出水水質(zhì)要求達(dá)到DB41/1820—2019《農(nóng)村生活污水處理設(shè)施水污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》一級(jí)排放標(biāo)準(zhǔn),即化學(xué)需氧量(CODCr)≤60 mg/L,氨氮(NH3-N)濃度≤8 mg/L(溫度≤12 ℃時(shí)要求≤15 mg/L),總氮(TN)濃度≤20 mg/L,總磷(TP)濃度≤1 mg/L。

1.4 采樣及分析方法

于2020年1月、5月、8—12月對(duì)4個(gè)曝氣生物凈化塘工程案例的進(jìn)、出水進(jìn)行采樣,樣品按規(guī)范保存用于檢測(cè)。檢測(cè)項(xiàng)目選擇DB41/1820—2019中的CODCr、NH3-N、TN、TP,其中CODCr采用HJ 828—2017《水質(zhì) 化學(xué)需氧量測(cè)定 重鉻酸鹽法》測(cè)定,檢出限為4 mg/L;NH3-N濃度采用HJ 535—2009《水質(zhì) 氨氮測(cè)定 納氏試劑分光光度法》測(cè)定,檢出限為0.25 mg/L;TP濃度采用GB/T 11893—1989《水質(zhì) 總磷測(cè)定 鉬酸銨分光光度法》測(cè)定,檢出限為0.01 mg/L;TN濃度采用HJ 636—2012《水質(zhì) 總氮測(cè)定 堿性過(guò)硫酸鉀消解紫外分光光度法》測(cè)定,檢出限為0.05 mg/L。

1.5 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析

在統(tǒng)計(jì)學(xué)中,將一組數(shù)據(jù)的最大值或最小值除以其平均值,得到的結(jié)果可反映數(shù)據(jù)的波動(dòng)情況。采用濃度變化系數(shù)(Ka)反映進(jìn)水水質(zhì)指標(biāo)的波動(dòng)變化,計(jì)算公式如下:

Ka=Cmax/Cb或Cmin/Cb  (1)

式中:Cmax為水質(zhì)指標(biāo)的最大值,mg/L;Cmin為水質(zhì)指標(biāo)的最小值,mg/L;Cb為水質(zhì)指標(biāo)的平均值,mg/L。

使用SPSS 20.0軟件對(duì)曝氣生物凈化塘出水的CODCr、NH3-N、TN和TP指標(biāo)數(shù)據(jù)進(jìn)行描述性統(tǒng)計(jì)分析,獲得各組數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)差。

2 結(jié)果

2.1 CODCr去除效果

4個(gè)工程案例各月CODCr去除效果如圖2所示。由圖2可知,工程案例Ⅰ~Ⅳ各月平均進(jìn)水CODCr分別為71、62、31和71 mg/L,平均出水CODCr分別為22、20、17和14 mg/L,不同進(jìn)水CODCr條件下,曝氣生物凈化塘對(duì)CODCr的平均去除率為45%~80%。

4個(gè)工程案例出水CODCr均能達(dá)到DB41/1820—2019一級(jí)排放標(biāo)準(zhǔn)(<60 mg/L),且出水CODCr具有較好的穩(wěn)定性。其中,凈化塘面積最大的工程案例Ⅳ的平均出水CODCr最低,平均去除率達(dá)80%,且出水穩(wěn)定性也最好。

4個(gè)工程案例不同月份進(jìn)水CODCr波動(dòng)較大,但均較低,為17~182 mg/L,進(jìn)水CODCr變化趨勢(shì)與去除率變化趨勢(shì)基本一致。進(jìn)水CODCr為72~182 mg/L時(shí),去除率較高,可達(dá)65%以上;進(jìn)水CODCr低于34 mg/L時(shí),去除率降為50%以下。但在8月,工程案例Ⅰ、Ⅱ、Ⅳ在進(jìn)水CODCr較低(<60 mg/L)條件下,仍可達(dá)到較高的去除率(>80%)。4個(gè)工程案例中,工程案例Ⅲ的平均進(jìn)水CODCr最低,平均去除率也相對(duì)較低,為45%。

2.2 NH3-N去除效果

4個(gè)工程案例各月NH3-N去除效果如圖3所示。由圖3可知,工程案例Ⅰ~Ⅳ各月平均進(jìn)水NH3-N濃度分別為4.57、10.00、2.85和20.50 mg/L,平均出水NH3-N濃度分別為1.40、1.07、0.51和1.4 mg/L,不同進(jìn)水NH3-N濃度條件下,曝氣生物凈化塘對(duì)NH3-N的平均去除率為69%~93%。

4個(gè)工程案例出水NH3-N濃度均能達(dá)到DB41/1820—2019一級(jí)排放標(biāo)準(zhǔn)(<8 mg/L,溫度>12 ℃時(shí)為15 mg/L),且出水NH3-N濃度比較穩(wěn)定。凈化塘面積最大的工程案例Ⅳ對(duì)NH3-N的平均去除率最高,達(dá)93%;面積較大的工程案例Ⅱ和水生動(dòng)植物豐富的工程案例Ⅲ的平均去除率也能達(dá)到89%和82%。

4個(gè)工程案例不同月份進(jìn)水NH3-N濃度波動(dòng)較大,但均較低,為0.05~48.00 mg/L,進(jìn)水NH3-N濃度變化趨勢(shì)與去除率變化趨勢(shì)基本一致。進(jìn)水NH3-N濃度為3~48 mg/L時(shí),去除率較高,可達(dá)65%以上;進(jìn)水NH3-N低于1 mg/L時(shí),去除率迅速降為低于50%。但在8月,案例 Ⅰ~Ⅲ 在進(jìn)水NH3-N濃度較低(<8 mg/L)條件下,仍可達(dá)到較高的去除率(>89%)。4個(gè)工程案例中,工程案例Ⅰ和Ⅲ的平均進(jìn)水NH3-N濃度低,平均去除率也相對(duì)較低,分別為71%和82%。

2.3 TN去除效果

4個(gè)工程案例各月TN去除效果如圖4所示。由圖4可知,工程案例Ⅰ~Ⅳ各月進(jìn)水TN平均濃度分別為10.40、14.20、7.38和32.30 mg/L,出水TN平均濃度分別為5.85、6.41、2.72和4.20 mg/L,不同進(jìn)水TN濃度條件下,曝氣生物凈化塘對(duì)TN的平均去除率為44%~87%。

4個(gè)工程案例出水TN濃度均能達(dá)到DB41/1820—2019一級(jí)排放標(biāo)準(zhǔn)(<20 mg/L),且出水濃度比較穩(wěn)定。凈化塘面積最大的工程案例Ⅳ對(duì)TN的平均去除率最高,達(dá)87%。

4個(gè)工程案例不同月份進(jìn)水TN濃度波動(dòng)較大,為3.57~90.00 mg/L,進(jìn)水TN濃度變化與去除率變化趨勢(shì)基本一致。進(jìn)水TN濃度大于20 mg/L時(shí),去除率較高,可達(dá)65%以上;進(jìn)水TN濃度低于15 mg/L時(shí),去除率變得不穩(wěn)定。在8月,工程案例Ⅰ~Ⅲ在進(jìn)水NH3-N濃度較低(<8 mg/L)條件下,仍可達(dá)到較高的去除率(>71%)。4個(gè)工程案例中,工程案例Ⅰ~Ⅲ的平均進(jìn)水TN濃度低,平均去除率也相對(duì)較低,分別為44%、55%和63%。

2.4 TP去除效果

4個(gè)工程案例各月進(jìn)出水的TP濃度變化如圖5所示。由圖5可知,工程案例Ⅰ~Ⅳ各月進(jìn)水TP平均濃度分別為0.74、1.05、0.62和1.94 mg/L,出水TP平均濃度分別為0.37、0.39、0.17和0.24 mg/L,不同進(jìn)水TP濃度條件下,曝氣生物凈化塘對(duì)TP的平均去除率為49%~89%。

4個(gè)工程案例出水TP濃度均能達(dá)到DB41/1820—2019一級(jí)排放標(biāo)準(zhǔn)(<1 mg/L),且出水TP濃度具有較好的穩(wěn)定性。其中,凈化塘面積最大的工程案例Ⅳ的平均出水TP濃度較低,平均去除率最高,達(dá)89%,出水穩(wěn)定性也最好。

4個(gè)工程案例不同月份進(jìn)水TP濃度波動(dòng)較大,但均較低,為0.08~3.75 mg/L,進(jìn)水TP濃度變化與去除率變化趨勢(shì)基本一致。進(jìn)水TP濃度大于1 mg/L時(shí),去除率較高,達(dá)65%以上;進(jìn)水TP濃度低于0.5 mg/L時(shí),去除率變得不穩(wěn)定。4個(gè)工程案例中,工程案例Ⅰ的平均進(jìn)水TP濃度較低,平均去除率最低,為49%。

3 討論

3.1 進(jìn)水水質(zhì)濃度波動(dòng)性調(diào)節(jié)

曝氣生物凈化塘具有穩(wěn)定塘強(qiáng)大的調(diào)節(jié)能力,對(duì)不同進(jìn)水水質(zhì)濃度波動(dòng)性具有良好調(diào)節(jié)功能。4個(gè)工程案例進(jìn)水各項(xiàng)指標(biāo)的Ka計(jì)算結(jié)果如表2所示。由表2可知,CODCr、NH3-N、TN、TP的Ka變化范圍很大,說(shuō)明進(jìn)水濃度波動(dòng)性很大。

分別對(duì)4項(xiàng)污染物指標(biāo)的進(jìn)水和出水?dāng)?shù)據(jù)進(jìn)行分析,進(jìn)水CODCr、NH3-N、TN和TP的標(biāo)準(zhǔn)差分別為49、13.9、20.0和1.10,出水CODCr、NH3-N、TN和TP的標(biāo)準(zhǔn)差分別為9、1.5、4.2和0.19。標(biāo)準(zhǔn)差能反映組內(nèi)數(shù)據(jù)個(gè)體間的離散程度,與進(jìn)水各項(xiàng)指標(biāo)數(shù)據(jù)相比較,出水?dāng)?shù)據(jù)離散程度較小,較穩(wěn)定。綜上,曝氣生物凈化塘對(duì)進(jìn)水水質(zhì)濃度的波動(dòng)性有強(qiáng)大的調(diào)節(jié)作用。

3.2 低有機(jī)物濃度污水的有效凈化

曝氣生物凈化塘吸收了生物接觸氧化法有效降解低有機(jī)物濃度污水的優(yōu)勢(shì)。4個(gè)工程案例進(jìn)水中有機(jī)物濃度均較低,平均進(jìn)水CODCr為31~71 mg/L,進(jìn)水低CODCr與豫南地區(qū)多雨的氣候特點(diǎn)、鄉(xiāng)鎮(zhèn)街區(qū)的合流制排水體制有關(guān),另外利用進(jìn)入化糞池污水對(duì)周邊菜地施肥是豫南農(nóng)村地區(qū)的傳統(tǒng)習(xí)慣,該習(xí)慣從前端減少了污水的產(chǎn)生量,也削減了生活污水中污染物濃度。普通活性污泥法處理CODCr的范圍是150~400 mg/L[28-29],若采用該技術(shù)處理低CODCr的生活污水,會(huì)導(dǎo)致活性污泥系統(tǒng)因碳源不足而污泥量減少或產(chǎn)生污泥膨脹,使系統(tǒng)無(wú)法正常運(yùn)行。由于曝氣生物凈化塘中設(shè)置有浸沒(méi)式生物填料,填料上形成的生物膜適應(yīng)于凈化低有機(jī)物濃度的農(nóng)村生活污水,在接觸氧化條件下進(jìn)水有機(jī)污染物濃度變化對(duì)污染物去除率的影響不大[30-31],因此可以實(shí)現(xiàn)低CODCr條件下較高的去除率。

3.3 營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的菌-草系統(tǒng)聯(lián)合去除

曝氣生物凈化塘采用菌-草共生清水穩(wěn)態(tài)系統(tǒng),其中的水生植物對(duì)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)有吸收作用,塘中的微生物對(duì)污染物具有降解作用,因此該菌-草系統(tǒng)聯(lián)合可較好地去除低濃度營(yíng)養(yǎng)鹽。對(duì)于氮來(lái)講,微生物可將有機(jī)氮轉(zhuǎn)化為NH3-N,再通過(guò)細(xì)菌的硝化作用轉(zhuǎn)化為亞硝氮和硝氮,通過(guò)反硝化作用轉(zhuǎn)化為氮?dú)?從水中釋放到大氣。增大凈化塘面積能提升NH3-N的去除效果,在水深相同的情況下,凈化塘面積越大,調(diào)節(jié)能力越強(qiáng),出水效果和穩(wěn)定性越好。對(duì)于磷來(lái)講,植物可通過(guò)吸收和根系沉淀作用去除磷,同時(shí)塘中的細(xì)菌對(duì)磷有厭氧釋放和好氧吸收功能,可將磷進(jìn)行轉(zhuǎn)移或沉淀,從而從水體中去除。

3.4 水生態(tài)景觀功能

曝氣生物凈化塘工藝通過(guò)推流混合、生物膜凈化和沉水植物吸收作用,使農(nóng)村生活污水處理后出水水質(zhì)達(dá)到較高的類別。對(duì)4個(gè)工程案例出水CODCr及NH3-N、TP濃度平均值與GB 3838—2002進(jìn)行比較(表3)可知:工程案例Ⅱ~Ⅳ出水CODCr達(dá)到Ⅲ類,工程案例Ⅰ達(dá)到Ⅳ類;工程案例Ⅲ出水NH3-N濃度達(dá)到Ⅲ類,其余3個(gè)工程案例達(dá)到Ⅳ類;工程案例Ⅲ出水TP濃度達(dá)到Ⅲ類,工程案例Ⅳ達(dá)到Ⅳ類,工程案例Ⅰ和Ⅱ達(dá)到Ⅴ類。此外,凈化塘內(nèi)種植沉水植物,如苦草和狐尾藻,放養(yǎng)田螺和蝦等具有水質(zhì)凈化功能的水生動(dòng)物,通過(guò)動(dòng)植物以及微生物的共同作用使水體具有較好的透明度(達(dá)1 m以上),使之整體上成為景觀型處理設(shè)施。

4 結(jié)論

(1)豫南地區(qū)商城縣鄉(xiāng)鎮(zhèn)街區(qū)生活污水中污染物指標(biāo)CODCr、NH3-N、TN和TP存在較大的濃度波動(dòng)性,其濃度變化系數(shù)分別為0.23~2.19、0.00~3.81、0.11~3.29和0.03~2.31,由于曝氣生物凈化塘具有強(qiáng)大的調(diào)節(jié)能力,使處理后的出水濃度低且較為穩(wěn)定。

(2)鄉(xiāng)鎮(zhèn)街區(qū)生活污水中有機(jī)物濃度較低,平均CODCr為31~71 mg/L,由于曝氣生物凈化塘設(shè)置有浸沒(méi)式生物填料,形成的生物膜適合低有機(jī)物濃度生活污水的凈化,使CODCr平均去除率達(dá)45%~80%,出水平均CODCr為14~22 mg/L。

(3)曝氣生物凈化塘對(duì)NH3-N、TN和TP的平均去除率分別為69%~93%、44%~87%和49%~89%,其菌-草系統(tǒng)發(fā)揮了微生物凈化和水生植物吸收的共同作用,對(duì)低污染物濃度生活污水具有較好的凈化作用。

(4)曝氣生物凈化塘出水CODCr、NH3-N、TN和TP指標(biāo)滿足DB41/1820—2019一級(jí)標(biāo)準(zhǔn),出水總體可達(dá)GB 3838—2002 Ⅴ類及以上水質(zhì),其中工程案例Ⅲ出水總體可達(dá)Ⅲ類水質(zhì)。曝氣生物凈化塘適合低污染水平的農(nóng)村生活污水的治理,可作為農(nóng)村景觀型生活污水處理方法。

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