不同类型碳源对地下渗滤系统组合工艺反硝化脱氮影响的研究

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农村生活污水经常未经处理或处理不达标就随意排放,严重影响农村地区水资源安全、人居环境和人体健康。针对农村居住分散、经济欠发达和缺乏专业环保人员的现状,这些地区多采用易维护的生态处理技术处理生活污水。然而大多数生态处理技术处理的出水难以达到较严格的排放标准。课题组前期研究通过填料配方、系统结构和运行模式优化,使地下渗滤系统的水力负荷和污染物去除效率均得到了显著提升,因而在农村生活污水处理领域具有广阔的应用前景。但由于该优化系统以好氧为主,且原污水带入的碳源在好氧过程中消耗殆尽,导致其对总氮的去除率很低,限制了其推广应用。本研究以经过课题组前期优化的地下渗滤系统为基础,分别构建了前置反硝化系统和后置反硝化系统,探讨前置反硝化系统利用原污水碳源、后置反硝化系统利用传统工业有机碳源、农业碳源和化粪池水碳源对反硝化深度脱氮效果的差异,进一步研究了不同的碳源类型、C/N比以及水力停留时间对系统脱氮效果的影响。主要研究内容和结论如下:  (1)利用原污水碳源  利用原污水碳源进行前置反硝化时,反硝化池中硝酸盐的去除率随渗滤池出水回流量的增加而减小,但整体系统对总氮的去除率随着渗滤池出水回流量的增加而变大。悬浮载体生物流化床填料作为载体填料、渗滤池回流水与原污水混合比为2∶1时,总氮的去除率最高。另外,本实验系统对氨氮和COD的去除效果随着回流液占比的增加越来越好,当混合比为2∶1时,出水中氨氮的浓度可稳定低于1mg/L。  (2)添加工业碳源  添加甲醇和乙酸钠进行后置反硝化时,随着C/N比和水力停留时间的增加,硝酸盐的去除率越来越高,总氮的去除效果也越来越好。当反硝化池进水C/N比达到3∶1时,才能保证出水中TN浓度低于GB18918-2002一级A标准(15mg/L)的限值。但随着C/N比的增加,出水COD浓度呈现出逐渐升高的趋势。另外,虽然添加乙酸钠的水溶液pH值更接近于反硝化所需最佳pH,但考虑到使用甲醇的成本更低,因而甲醇更加适合作为反硝化补充碳源。  (3)添加农业碳源  添加农业碳源—玉米芯作为补充碳源进行后置反硝化时,由于玉米芯经浸泡后,在溶出有机物的同时,还会有少量的含氮物质溶出并随之进入反硝化池,因而反硝化池的出水中氨氮浓度要比反硝化池进水略高。硝酸盐和总氮的去除率随着C/N比和水力停留时间的增加而逐渐升高,并且在C/N比为3∶1时,就可以保证出水中总氮的平均浓度低于15mg/L,但有时会偏高。而且随着浸泡时间的增长,溶出的有机碳逐渐减少,硝酸盐和总氮的去除效果都逐渐变差,因此在使用玉米芯作为补充碳源时,需要定期更换。  (4)添加化粪池水  化粪池水中的有机碳源浓度高、生化利用性极好,但同时其中的氨氮浓度也很高,因此化粪池水作为补充碳源时,带入反硝化池的氨氮浓度很高,所以虽然系统对硝酸盐的去除效果很好,但是系统对总氮的去除效果却很差。  综合比较,前置反硝化利用的是原有的缺氧水解池作为反硝化单元,无需增加构筑物,能够有效利用原污水有机碳源,在一定程度上节省了建设和运行成本,并且该系统日常维护简便。但是,该系统在处理C/N比大于6的生活污水时,出水总氮才能稳定低于15mg/L。而采用后置反硝化方案的系统则需要搭建反硝化池以及药品池,这使得建设成本大大增加,但是此方案处理效果不受原污水C/N比限制。工业碳源成本较高且需定期配置药品;添加农业碳源时需预处理并且要定期更换碳源,且玉米芯浸泡过程中会产生异味,滋生蚊虫,影响周围环境;化粪池水含有高浓度可生化利用性的碳源,成本低廉,具有废物利用的价值,但由于氨氮浓度过高,不适合作为本实验系统的补充碳源。
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