進出水條件對高負荷淺層粗砂滲濾系統(tǒng)凈化生活污水效果的影響

1、進出水條件對高負荷淺層粗砂滲濾系統(tǒng)凈化生活污水效果的影響論文摘要：為研究住戶排水不均勻和泵井排水不連續(xù)的現(xiàn)場條件對高負荷地下淺層粗砂滲濾系統(tǒng)凈化效果的影響，建立350mm厚粗砂滲濾試驗柱，在12.5 img1的日水力負荷下，比擬連續(xù)進水、自由出水和間歇進水、間歇排水對實際生活污水凈化效果的影響。結(jié)果說明：三根高負荷淺層粗砂滲濾柱出水的COD平均濃度在50.3-62.8img2。不同進、出水方式的滲濾柱對-N的平均去除率都大于96%。采用連續(xù)進水、自由排水的試驗柱對TN平均去除率最低，為17.5%。改善條件以促進反硝化反響是增強粗砂滲濾系統(tǒng)對TN去除的關(guān)鍵。采用間歇進水、間歇排水的試驗柱對TN的

2、平均去除率最高，為37.2%。連續(xù)進水、自由排水試驗柱對TP平均去除率最低，為51%。延長污水停留時間和增加與填料的接觸面積能增強對TP的去除。連續(xù)進水、間歇排水試驗柱對TP的平均去除率最高，為78%。因此，住戶排水不均勻和泵井排水不連續(xù)的現(xiàn)場條件有利于高負荷地下淺層粗砂滲濾系統(tǒng)對水中N、P營養(yǎng)物的去除。論文關(guān)鍵詞：農(nóng)村污水,就地處理,地下滲濾在我國廣闊的郊區(qū)和農(nóng)村，還有很多居住區(qū)比方自然村落、部隊營房存在生活污水未經(jīng)處理直接排放的現(xiàn)象。采用運行費用低、維護管理簡單的技術(shù)就地處理此類污水，是被廣泛認可的一種做法【1】。地下滲濾處理系統(tǒng)由于構(gòu)造簡單、建設(shè)費用省、運行管理容易，是一種常用的就地處理

3、技術(shù)。它將污水有控制地投配到具有一定構(gòu)造、距地表有一定深度和具有良好擴散性能的土層中，使污水在其中經(jīng)過過濾、吸附、生物降解和化學反響等過程并得到凈化【2】【3】。近年來，地下滲濾處理技術(shù)在太湖流域的應用呈增加趨勢。地下土壤、草炭滲濾系統(tǒng)處理效果好，常見水力負荷為2-4【4】。太湖流域經(jīng)濟興旺，土地資源緊張。低負荷意味著占地大。為節(jié)省土地，常常采用粗砂替代土壤或者草炭作為滲濾介質(zhì)，利用粗砂更好的通氣性和透水性，提高水力負荷減小工程占地。此外，太湖流域地下水埋深淺，有時地面以下不到1m即可見水，可以構(gòu)造地下滲濾系統(tǒng)的空間有限，常常采用淺層粗砂滲濾系統(tǒng)。一些文獻報道的地下滲濾系統(tǒng)的處理效果，是在污水

4、連續(xù)連續(xù)流入，依靠重力自由排出的試驗條件下得到的。這與實際的現(xiàn)場條件有所出入。在處理小型居住點污水的工程實踐中，地下滲濾系統(tǒng)常遇到兩個情況：1非受控地間歇進水。地下滲濾系統(tǒng)直接承接化糞池出水，化糞池污水靠重力進入滲濾系統(tǒng)。由于化糞池本身沒有水量調(diào)節(jié)功能，其排水由用戶習慣決定是不連續(xù)的，因此滲濾系統(tǒng)的進水也是不連續(xù)的。2動力間歇排水。滲濾系統(tǒng)的集水管在地面以下80100cm深處，當平原且受潮汐影響地區(qū)不具備重力排水條件時，需要設(shè)置泵井動力排水。由于這一類地下滲濾系統(tǒng)的處理水量小，泵井排水只能間歇進行。換言之，污水在滲濾系統(tǒng)中蓄存，當排水泵開啟時快速排出。本文通過建立模擬試驗裝置，在12.5的水力

5、負荷下，模擬不同的進水和排水方式，研究其對地下350mm厚粗砂滲濾系統(tǒng)以下簡稱粗砂滲濾系統(tǒng)凈化生活污水效果的影響。1材料與方法1.1試驗柱采用某污水處理廠沉砂池出水為試驗用水。由蠕動計量泵按預先設(shè)定的連續(xù)或間歇進水流量將污水提升到試驗柱中。采用4根內(nèi)徑為200mm的有機玻璃管，自下而上分別裝填50mm粗砂墊層、100mm高爐渣集水層、350mm粗砂滲濾層、300mm階梯環(huán)填料布水層、200mm土壤覆蓋層?？紤]到小型居住點化糞池排水具有周期強、瞬時負荷高的特點，在粗砂滲濾層上增加階梯環(huán)填料布水層，它提供緩沖調(diào)蓄功能。階梯環(huán)充填密度105kg/m，直徑16mm，堆積孔隙率88.4%。粗砂連續(xù)性尚好

6、，d=0.2mm，d=0.5mm。穿孔布水管通入到布水層中，集水層內(nèi)設(shè)集水管收集處理出水。1.2運行方式參考標準圖集03SS703-1，設(shè)計日水力負荷為0.125(12.5)。在日水力負荷相同的前提下，采用連續(xù)和間歇兩種進水方式，見表1。表1進水操作參數(shù) 進水方式 進水量 / 設(shè)計負荷/ 進水負荷 / 流量/0 連續(xù) 3.9 12.5 87 2.7 間歇 833 26.2 模擬連續(xù)進水時，試驗柱24小時連續(xù)均勻進水。模擬間歇進水時，進水由時間繼電器控制。日進水總量不變，但是每天的進水在2.5h內(nèi)完成，具體安排為：7:458:15進水0.5h，11:4512:15進水0.5h，17:4518:1

7、5進水0.5h，19:0020:00進水1.0h。間歇進水的瞬時負荷是連續(xù)進水的瞬時負荷的9.5倍，相當于是一種脈沖進水方式。采用自由排水和間歇排水兩種排出方式。兩根試驗柱依靠重力自由排水。另兩根試驗柱排水管上增加電磁閥，模擬在實踐中設(shè)置排水泵井的情況。采用兩根高度1300mm、直徑40mm的有機玻璃柱為連通管，它們與兩根試驗柱的集水層連通。連通管內(nèi)設(shè)水位繼電器，用于控制試驗柱排水管上電磁閥的啟、閉。根據(jù)連通器原理，連通柱內(nèi)水位與試驗柱內(nèi)水位等高。當試驗柱內(nèi)水位上升至粗砂滲濾層完全淹沒時，開啟排水；當水位下落到試驗柱底部粗砂墊層時，關(guān)閉排水。1.4分析指標與進水特性試驗柱運行2個月后，運行到達

8、穩(wěn)定狀態(tài)。之后，連續(xù)5天采集24h進、出水混合樣，用標準重鉻酸鉀滴定法檢測COD，用過硫酸鉀氧化紫外分光光度法檢測TN，用納氏試劑分光光度法檢測-N，用紫外分光光度法檢測-N，用過硫酸鉀消解、鉬銻抗分光光度法檢測TP。試驗期間進水主要水質(zhì)指標濃度范圍見表2。表2進水化學指標濃度(單位:) 工程 COD TN -N TP 范圍 124.5-258.1 20.0-37.6 18.7-34.9 2.2-3.5 平均值 192.5 28.6 26.5 2.8 2結(jié)果2.1有機物不同進出水條件的試驗柱對COD的凈化效果見圖1。連續(xù)進水、自由排水試驗柱的平均去除率為67.7%，連續(xù)進水、間歇排水試驗柱的平

9、均去除率為64.5%，間歇進水、自由排水試驗柱的平均去除率為66.7%。這三種運行條件對COD的凈化效果相差不大，試驗柱排水中COD平均濃度分別為50.3、55.0、62.8。間歇進水、間歇排水試驗柱對COD的平均去除率較差，僅為41.2%，其排水中COD平均濃度超過了100，但是沒有超過150?？梢?，間歇排水不利于去除COD，但是COD濃度仍可到達污水綜合排放標準(GB8978-1996)的二級標準值【5】。圖1不同進出水條件下的COD去除率2.2氮不同進出水條件的試驗柱對-N的凈化效果都很好，見圖2。圖2不同進出水條件下的-N去除率連續(xù)進水、自由排水試驗柱的平均去除率為97.9%，連續(xù)進水

10、、間歇排水試驗柱的平均去除率為96.6%，間歇進水、自由排水試驗柱的平均去除率為97.9%，間歇進水、間歇排水試驗柱的平均去除率為96.3%。這四種運行條件的試驗柱排水中-N平均濃度分別為0.61、0.980、0.47、0.87?？梢?，在12.5的日水力負荷下，進、出水條件對-N去除的影響不大。不同進出水條件的試驗柱的硝化效果見圖3。圖3不同進出水條件下的-N新增率圖中，以-N新增率表示硝化效果。不同進出水條件的試驗柱對TN的凈化效果見圖4。連續(xù)進水、自由排水試驗柱的平均去除率最低，為17.5%；連續(xù)進水、間歇排水試驗柱的平均去除率為25.6%；間歇進水、自由排水試驗柱的平均去除率為27.2%

11、；間歇進水、間歇排水試驗柱的平均去除率最高，為37.2%。這四種運行條件的試驗柱排水中TN平均濃度分別為24.680、22.25、18.53、18.59?？梢?，間歇進水和間歇排水有利于去除TN。圖4不同進出水條件下的TN去除率2.3磷圖5不同進出水條件下的TP去除率3討論本試驗中的粗砂滲濾系統(tǒng)只有一個處理單元，無其他串聯(lián)單元。本文在此稱為單級滲濾。這種方式的優(yōu)點：一是構(gòu)造簡單、建設(shè)費用?。欢桥c采用面積相同的二級或多級串聯(lián)系統(tǒng)相比，單位面積承受的水力負荷低，不容易發(fā)生堵塞。間歇進水和間歇排水方式有利于提高高負荷單級淺層粗砂滲濾系統(tǒng)對水中氮、磷營養(yǎng)鹽的去除，主要有兩方面原因：3.1營造同時硝化反

12、硝化環(huán)境，增強TN去除。硝化、反硝化作用是地下滲濾系統(tǒng)去除氮的主要途徑。本試驗中，在12.5的日水力負荷下，不同進、出水方式對-N去除效果的影響不大，平均去除率都大于96%，說明自然復氧量能夠滿足污水好氧生化反響所需。因此，改善條件以促進反硝化反響是提高地下滲濾系統(tǒng)總氮去除率的關(guān)鍵，從而到達高負荷單級粗砂滲濾系統(tǒng)一步去除-N，局部去除TN的目的。連續(xù)進水、自由排水方式最不利于形成反硝化條件，因而對TN的去除效果最差，平均去除率僅為17.5%。間歇進水易形成局部反硝化環(huán)境，增強TN去除。采用間歇進水方式的試驗柱，每天有21.5h處于不進水狀態(tài)，有利于孔隙疏通和大氣復氧形成硝化環(huán)境。而在2.5h的

13、進水時間內(nèi)，瞬時流量是連續(xù)進水方式流量的9.5倍，這容易使局部孔隙被水充滿而形成反硝化環(huán)境，增強對TN去除【6】。因此，間歇進水、自由排水的試驗柱對TN的平均去除率到達了27.2%。間歇排水易形成浸沒面以下反硝化環(huán)境，增強TN去除。采用間歇排水方式的試驗柱，進行周期性反響。每次排水過程中，試驗柱內(nèi)填料孔隙被釋放，空氣進入，試驗柱內(nèi)以硝化環(huán)境為主。之后停止排水，進水仍然繼續(xù)，試驗柱內(nèi)進行硝化反響，污水硝化液在試驗柱內(nèi)蓄存形成浸沒面并逐漸上升。浸沒面以下的填料孔隙被水充滿，不能進行有效的大氣復氧，這易使浸沒面以下形成反硝化環(huán)境，增強對TN去除【7】。因此，連續(xù)進水、間歇排水的試驗柱對TN的平均去除

14、率到達了25.6%。采用間歇進水、間歇排水的試驗柱，在局部反硝化和浸沒面以下反硝化的共同作用下，到達了最好的TN去除效果，平均去除率為37.2%。地下滲濾的主要除磷機理，是填料對的吸附與沉淀作用。采用連續(xù)進水、自由排水方式的試驗柱，其每平方米外表積每天只承接12.5L的污水。實際上相當局部的填料沒有和污水接觸過，因此對TP的平均去除率最低，只有51%。采用間歇進水、間歇排水方式的試驗柱，污水在試驗柱中蓄存相當于填料浸泡于水中后排出，這大大增加了污水和填料的接觸面積并延長了停留時間，TP平均去除率到達71.6%。采用連續(xù)進水、間歇排水方式的試驗柱，由于污水小流量均勻進入蓄存后排出，使污水中污水在

15、試驗柱內(nèi)的平均停留時間最長，在4種工況中，其TP平均平均去除率到達最高，為78%。綜上，住戶排水不均勻和泵井排水不連續(xù)的現(xiàn)場條件有利于高負荷淺層粗砂滲濾系統(tǒng)對水中N、P營養(yǎng)物的去除。4結(jié)論(1)三根高負荷淺層粗砂滲濾柱出水的COD平均濃度在50.3-62.8之間。另一根采用間歇進水、間歇排水方式的試驗柱對COD平均去除率較低，為41.2%，但仍可到達GB8978-1996的二級標準值，且這兩種方式有利于提高對氮、磷的去除率。(2)在12.5的日水力負荷下，不同進、出水方式對-N去除效果的影響不大，平均去除率都大于96%。改善條件以促進反硝化反響是提高高負荷淺層粗砂地下滲濾系統(tǒng)總氮去除率的關(guān)鍵。

16、連續(xù)進水、自由排水方式對TN的去除效果最差，平均去除率為17.5%；間歇進水、間歇排水方式對TN的去除效果最好，平均去除率為37.2%。(3)延長污水停留時間和增加與填料的接觸面積能增強對TP的去除。連續(xù)進水、自由排水方式對TP的去除效果最差，平均去除率為51%；連續(xù)進水、間歇排水方式對TP的去除效果最好，平均去除率為78%。參考文獻1 U.S. Environmental Protection Agency. Onsite Wastewater Treatment Systems Manual.EPA/625/R-00/008, 2002.2 楊健, 嚴群, 吳一蘩, 章吉. 不同填料滲濾系統(tǒng)凈化生活污水的效果比擬. 同濟大學學報(自然科學版). 2021, 37(11): 1502-1507.3 張建, 黃霞, 施漢昌, 胡洪營, 錢易. 摻加草炭的地下滲濾系統(tǒng)處理生活污水. 中國給水排水, 2004, 20(6): 41-434 張建,黃霞,魏杰,胡洪營,施漢昌.地下滲濾污水處理系統(tǒng)的氮磷去除機理. 中國環(huán)境科學, 2002,22(5): 438-441.6 Guenter L