摘要:占地面积大,底泥淤结严重和冬季处理效果差是我国稳定塘中存在的主要。本通过中试和生产规模试验,系统了水解池—稳定塘处理工艺。研究结果表明,该工艺出水水质好,占地面积小,底泥淤积少,冬季处理效果稳定。本文还提出了该工艺于不同气候带地区的设计和运行参数。
关键词:水解池一稳定塘系统 占地面积 底泥积累 寒冷季节
稳定塘技术近年来在我国得到广泛应用,但在应用中存在着占地面积大和淤积严重等,因此限制了稳定塘的应用范围,迫切需要加以解决。
为寻求解决上述问题的技术途径,水解池被用作预处理构筑物。水解池通过活性污泥床的过滤、沉淀和吸附等物理化学过程,以及水解、酸化等生物化学过程,能去除大部分悬浮物,并可提高污水的生物降解性。在稳定塘中采用多种生态类型的塘的优化组合,形成了水解池—稳定塘污水处理新工艺流程。
1 试验装置与试验条件
1.1 试验流程
试验在北京市高碑店污水处理试验场内进行。工艺流程如图1。
水解池容积170m3。稳定塘容积67.2m3。平行试验中初沉池-稳定塘系统中的初沉池容积和稳定塘容积都与水解池-稳定塘流程中对应的构筑物容积相同。稳定塘为四塘串联,第1、2、4塘种植凤眼莲、第3塘采用藻菌塘以增加复氧。
在冬季试验期间用农用塑料大棚保温,大棚总面积350m2。
1.2 污水水质与
试验采用高碑店城市污水。其中废水占57%,生活污水占43%。属难降解的中浓度城市污水。实验期间污水水质平均如表1所示。
表1 试验用污水水质(mg/L)
项 目 | 范 围 | 平均值 | 方 差 |
总COD | 265~996 | 494.8 | 130.6 |
溶解COD | 204.8~420.9 | 315.9 | 61.9 |
总BOD5 | 124~425 | 199.3 | 68 |
溶解BOD5 | 59.2~198.0 | 125.4 | 36.9 |
各种水质分折均按照国家有关标准进行。
2 试验结果与讨论
2.1 与传统稳定塘的对照试验
水解池-稳定塘系统与传统稳定塘相比有两个不同点。一是用水解池代替初沉池作为预处理构筑物;二是用不同生态类型的塘的系统组合代替传统的藻菌塘。为研究这两种措施的效果,进行了两类对照试验。
2.1.1 不同预处理方式对效果的
表2为稳定塘均种植风眼莲,总停留时间为5d,平均水温20℃条件下,不同预处理方式对比试验结果。
表2 不同预处理方式下植物塘的效果
指 标 | 水解池-凤眼莲塘系统 | 初沉池-凤眼莲塘系统 | |||||
总进水 | 水解池出水 | 稳定塘出水 | 总进水 | 初沉池出水 | 稳定塘出水 | ||
COD | 浓度(mg/L) | 492.3 | 304.9 | 97.7 | 492.3 | 393.1 | 171.7 |
去除率(%) | 88.1 | 80.2 | 20.2 | 65.1 | |||
BOD5 | 浓度(mg/L) | 193.5 | 145.7 | 19.5 | 193.5 | 156.8 | 43.6 |
去除率(%) | 24.6 | 90.0 | 19.0 | 77.5 | |||
SS | 浓度(mg/L) | 204.1 | 45.6 | 8.3 | 204.1 | 93.4 | 12.2 |
去除率(%) | 77.7 | 95.9 | 54.2 | 94.0 |
从表2可见水解池作为预处理后,凤眼莲塘出水COD、BOD5。和SS分别为97.7mg/L,19.5mg/L和8.3mg/L,均达到传统二级生物处理排放水平。而与之对照的初沉池-凤眼莲塘的出水COD、BOD5分别为171.7mg/L和43.6mg/L,达不到排放标准。要达到与新流程同样的出水水质,与实验表明,传统植物塘需要延长水力停留时间至10d以上。即新工艺停留时间可缩短50%。
2.1.2 水生植物塘与藻菌塘效果对比
在预处理同为水解池,稳定塘停留时间同为3d的条件下,水生植物塘(风眼莲塘)与藻菌塘的对比试验结果如表3。由表3可见水生维管束植物对污染物的去除明显优于单纯的藻菌塘。放养水生植物还可限制藻类的生长,减少了出水中藻类悬浮物,并避免了传统稳定塘的除藻问题。
表3 凤眼莲塘与藻菌塘去除效果对比
指 标 | 水生植物 塘 | 藻菌塘 | 水生植物塘藻菌塘 | |
COD(mg/L) | 进水 | 323.9 | 323.9 | |
出水 | 122.4 | 175.5 | 0.69 | |
去除率(%) | 62.2 | 45.7 | 1.35 | |
BOD5(mg/L) | 进水 | 125.0 | 125.0 | |
出水 | 26.1 | 38.5 | 0.68 | |
去除率(%) | 79.1 | 69.2 | 1.14 | |
SS(mg/L) | 进水 | 45.1 | 45.1 | |
出水 | 10.0 | 22.5 | 0.44 | |
去除率(%) | 77.8 | 50.1 | 1.55 |
通过以上对比试验证实了新工艺具有较高的净化效率,这是因为水解池能大量去除进水悬浮物(去除率高达78%),并将其部分水解,从而能提高污水的可生物降解性。另外合理组合应用水生维管束植物塘提高了稳定塘的净化效率。
综合进水悬浮物浓度的差别和塘中藻类沉淀的,新工艺流程中塘内淤积的污泥量,比传统的初沉池-藻菌塘系统减少60%以上。这将有利于稳定塘的长期运行。
2.2 水解池-稳定塘长期运行效果
长期运行试验共历时两年。经历了北京地区气候条件下春夏秋冬四季变化。气温幅度为-15℃~35℃。表4为实验期间常温季节(平均气温高于15℃)平均运行效果。由表4可见,新工艺平均出水BOD5、COD和SS分别为11mg/L、89.7mg/L和7mg/L,优于传统二级处理水平。其中COD指标远优于高碑店污水处理厂曝气池(停留时间为8h)的出水值(CODl50mg/L)。这说明新工艺对含有难降解有机废水的城市污水有较好的去除效果。
表4 常温季节长期运转平均结果
项 目 | 水 解 池 | 稳 定 塘 | 全 流 程 | |
水 温(℃) | 21 | 15~25 | ||
停留时间 | 3h | 5~8d | ||
有机负荷 | 3.87kgCOD/m3·d | 358.4~653.0kgCOD/ha·d | ||
COD(mg/L) | 进水 | 548.2 | 329.2 | 548.2 |
出水 | 329.2 | 89.7 | 89.7 | |
去除率(%) | 39.9 | 72.8 | 83.6 | |
BOD5(mg/L) | 进水 | 201.9 | 146.3 | 201.9 |
出水 | 145.3 | 11.1 | 11.1 | |
去除率(%) | 27.5 | 92.4 | 94.5 | |
SS(mg/L) | 进水 | 223.4 | 45.1 | 223.4 |
出水 | 45.1 | 7.0 | 7.0 | |
去除率(%) | 79.8 | 84.5 | 96.9 |
2.3越冬的技术措施试验
为使在北京地区冬季气候条件下稳定塘试验能正常进行,采用农用塑料大棚作为冬季稳定塘的保温措施。试验表明,塑料大棚能有效吸收太阳能,井减少稳定塘热量散失。在冬季较冷的日子(最低气温-12℃),棚内气温比棚外气温平均高15℃。此时进水解池的污水平均水温为22℃,水解池出水水温平均20℃。在塑料大棚保温下,稳定塘第1塘水温平均可达11℃。
实验表明,在大棚保温的条件下,当稳定塘停留时间为15d时,即使第4塘水温已降至5℃左右,此时出水水质仍可达到二级排放标准(表5)。但技术表明,若采用塑料大棚复盖停留15d的稳定塘,基建投资与传统二级处理工艺相比并无优越性。
为减少冬季稳定塘停留时间,进行了人工强化措施与塑料大棚相结合的越冬试验。试验采用高负荷接触氧化池(填装软性纤维填料)作为水解他的后处理,以降低进入稳定塘的有机负荷。表6为不同负荷下接触池与稳定塘结合的处理效果。
由表6可见,接触池水温损失较小(损失l~1.5℃),在高负荷(停留时间0.5h)下处理效果良好,接触池出水再经塑料大棚复盖下的稳定搪(停留时间5d)处理,出水可达到二级排放标准。
从以上试验结果可知,采用水解池-接触池-稳定塘流程能保证出水在北方地区冬季仍能达到二级排放标准,但该流程需要增加接触池、沉淀池和鼓风机房,而这些设备在常温季节闲置不用。为减少基建投资,可考虑将水解池与接触池设计为一体。水解池停留时间延长30min作为填料床。该部份夏季与水解池并联运行,作为水解池的一部份。在冬季则将该部份作为接触池使用。同时在稳定塘首端设置污泥沉淀区。这样只要增加鼓风机房即可,投资增加不多(图2)。
图2 接触池强化的水解池-稳定塘系统流程
表5 塑料大棚保温条件下稳定塘运行平均效果
项 目 | 水 解 池 | 稳 定 塘 | 全 流 程 | |
水 温(℃) | 20 | 5~12 | ||
停留时间 | 4h | 15d | ||
有机负荷(kgCOD/ha·d) | 202.6 | |||
COD(mg/L) | 进水 | 457.3 | 303.9 | 457.3 |
出水 | 303.9 | 89.4 | 89.4 | |
去除率(%) | 33.5 | 70.6 | 80.5 | |
BOD5(mg/L) | 进水 | 189.2 | 145.3 | 189.2 |
出水 | 145.3 | 17.8 | 17.8 | |
去除率(%) | 23.2 | 87.8 | 90.6 | |
SS(mg/L) | 进水 | 204.8 | 53.8 | 204.8 |
出水 | 53.8 | 14.3 | 14.3 | |
去除率(%) | 73.7 | 73.4 | 93.0 |
表6 接触池强化试验运行效果
负 荷 | 接触池进水 | 接触池出水 | 稳定塘出水(停留时间5d) | |||||||||
水温(℃) | BOD5(mg/L) | COD(mg/L) | 水温(℃) | BOD5(mg/L) | COD(mg/L) | 水温(℃) | BOD5(mg/L) | COD(mg/L) | SS(mg/L) | |||
接触池停留1h,负荷3.6(kgBOD5/m3·d) | 18 | 150.2 | 286.5 | 16.5 | 53.2 | 120.0 | 12↓10 | 15.2 | 102.0 | 9.0 | ||
接触池停留0.5h,负荷3.6(kgBOD5/m3·d) | 18 | 149.5 | 280.3 | 17 | 60.1 | 179.2 | 12↓10 | 28.2 | 98.5 | 8.5 |
2.4 其它有毒有害物质的净化效果
该新工艺由于是将上流式污泥床与多种生态类型的稳定塘结合而成,提供了丰富的生态环境类型,因而对多种难降解有机污染物和病原微生物均有很好的处理效果(表7)。
表7 水解池-稳定塘系统对多种污染物的去除效果
指 标 | 取 样 点 | ||||
总进水 | 水解池出水 | 稳定塘出水 | 总去除率(%) | ||
富 营 养 物 | 总氮(mg/L) | 34.68 | 31.17 | 9.17 | 73.56 |
总磷(mg/L) | 8.50 | 7.67 | 1.29 | 84.82 | |
病原微生物指标 | 粪大肠菌群(个/L) | 2.3×108 | 5.0×107 | 2.3×106 | 99 |
沙门氏菌(个/L) | 5.1×105 | 1.2×105 | 1.2×104 | 97 | |
总大肠菌群(个/L) | 2.3×108 | 7.3×107 | 9.2×106 | 96 | |
卤 代 烃 | 二氯乙烯(μg/L) | 0.33 | 2.37 | - | 100 |
三氯甲烷(μg/L) | 53.2 | 12.9 | 0.8 | 98.6 | |
二氯乙烷(μg/L) | 52.0 | 19.2 | 7.4 | 85.8 | |
四氯化碳(μg/L) | 0.20 | 0.11 | 0.04 | 80.0 |
这表明该工艺不仅能用于处理一般城市污水,还能很好地处理多种废水和污水。现该工艺已推广于处理印染废水、制药废水和区混合废水,取得了很好的效果。
2.5 技术
以上分析表明,水解池-稳定塘系统在技术上是先进的。表8根据近年来我们设计的几个日处理万吨级污水处理厂的概算指标,对比了水解池-稳定塘工艺与传统初沉池-稳定塘工艺和活性污泥工艺的技术经济指标。其中地价设为75,000元/公顷。由表8可见,新工艺基建投资比传统活性污泥工艺节约61.5%,比初沉池-稳定塘工艺节约47.2%。运转费用比活性污泥法减少71.5%,电耗降低约76%。日常运行费用比初沉池-稳定塘系统节约36.4%,若考虑到清淤费用,则减少量还要多。占地面积比初沉池-稳定塘减少61.7%。
以上结果充分表明,新工艺具有效率高、占地少、运行费用低、简单易行等优点。因地制宜地于中小城镇,能够取得很好的环境经济效益。
表8 三种工艺技术经济指标对照
工 艺 | 基建投资(万元) | 运行费用(万元/a) | 占地面积(ha) | 电 耗(kwh/a) | 处理成本(元/m3污水) | |
水解池-稳定塘初沉池-稳定塘活性污泥法 | 162.6307.6421.9 | 13.521.347.4 | 6.716.71.5 | 26.326.3109.5 | 0.0490.0780.165 | |
新工艺效益 | 与初沉池-稳定塘工艺相比节约(%) | 47.2 | 36.4 | 61.7 | 36.4 | |
与活性污泥法相比节约(%) | 61.5 | 71.5 | 多占地3.5倍 | 76.0 | 70.3 |
注:按设计水量7500m3/d。
2.6 推荐流程和工艺参数
根据实验和应用经验推荐以下工艺流程和参数作为水解池-稳定塘系统在不同气候地区应用时的。以下参数适用于中浓度污水,即COD 300~600 mg/L。BOD5 l00~300mg/L,SS l00~300mg/L,pH6~9。若污染物浓度高于此范围,应酌情延长稳定塘停留时间。
2.6.1 五岭以南地区
在五岭以南地区应用的工艺流程见图1。工艺参数为:水解池停留时间3h;稳定塘设计负荷200~600kgCOD/ha·d;稳定塘水力停留时间5~8d,水深1.0~1.5m,串联级数4~6级,其中前二塘和最后一塘种植凤眼莲,其余为藻菌塘。
2.6.2 五岭以北,淮河、秦岭以南地区
推荐工艺流程和参数同上,但稳定塘按停留时间10d设计。在春夏秋季按停留时间5d运行,其余容积作为养鱼塘,在冬季停留时间则按10d运行。
2.6.3 淮河、秦给以北地区
推荐工艺流程如图2。水解池停留时间3.5~4.0h,冬天用其中一部份作为接触氧化池,接触池停留时间0.5~1.0h。稳定塘停留时间为5d,加塑料大棚保温。
3 小结
3.1 水解池-稳定塘系统达到二级处理排放标准所需的停留时间比传统初沉池-稳定塘流程减少50%以上,相应占地面积可减少50%以上,基建投资降低47.2%,运转费用降低36.4%。
3.2 该新工艺中稳定塘内污泥蓄积速度比初沉池-稳定塘系统慢60%以上。这可减轻清淤费用,并基本解决了淤结带来的环境。
5.3 由于该工艺中生态环境多样化,对多种污染物和病原体(包括氮、磷物质,病原细菌和病毒,大分子难降解有机物等)都有较好的去除效果,这表明该工艺能应用于多种类型的工业废水、污水和城市污水。
3.4 分析表明,该工艺克服了传统稳定塘占地面积大、底泥淤积严重、冬季效果差等,故具有较好的环境经济效益。该工艺已在国内多家污水处理厂中得到应用,通过进一步推广,该工艺具有广阔的应用前景。
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