填料对高负荷地下渗滤系统处理生活污水效果的影响的研究

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由于经济和技术等条件的限制,很多城镇和农村地区的生活污水的处理率较低,大量未经处理或者处理不达标的生活污水进入环境中,造成污染。因此,亟需研发适合城镇和农村地区的分散型生活污水处理技术。地下渗滤系统作为一种生态处理系统,在农村、小城镇和分散居民区生活污水的分散处理方面具有广阔的应用前景。然而,传统地下渗滤系统大多采用原生土壤作为渗滤基质,渗透性差,存在水力负荷低、处理速度慢和易堵塞等缺点,而改良的地下渗滤系统通过优化填料种类和配比、改变配水方式等手段,提高了填料的渗透性和系统的氧气供应,从而增大了系统的水力负荷。但是对地下渗滤系统中不同填料种类及配比的水力负荷缺乏深度的研究,例如对相同粒径分布的不同填料施加不同的进水量,其出水水质变化情况以及最大的污水承载力。  针对以上问题,本研究通过采用不同种类的填料(河砂、土壤、炉渣、石英砂、陶粒和沸石)和不同填料配比装填一定深度的柱样处理小区生活污水。试验均在好氧条件下进行,系统的水力负荷从低到高逐渐变化,每种水力负荷均稳定运行一定时间,定时检测系统的进出水水质。最终,当水力负荷提高的某一水平时,系统出现堵塞且出水水质很差,得到了不同填料的最大水力负荷。再探讨污染物的去除机理以及不同填料的最大水力负荷差异的原因,从而为改善地下渗滤系统的水力负荷、扩大其处理范围和处理能力提供技术支撑,进一步推进我国分散处理技术的发展。  对不同填料种类及配比(河砂、炉渣、土壤以及三者不同配比)的研究可以得出,纯河砂填料柱的水力负荷最大,为56 cm/d,炉渣填料柱的水力负荷较小,仅为24 cm/d。炉渣由于其比表面积较大和孔隙度较大的原因,其处理生活污水的去除效果较为稳定,处理效果也较好,但是由于其粒度分布较不均匀,粉末较多,因此较易堵塞,承受的水力负荷也较小。而河砂的粒度分布较均匀,系统抗冲击负荷能力较强。在炉渣中掺杂一定比例的河砂,可以提高填料柱的水力负荷承受能力。炉渣与河砂的混合物填料柱对生活污水中的COD、氨氮和总氮的去除效果最好。相同填料的不同填装方式对污水处理效果影响不大,三种填装方式填料柱出水的COD浓度差别较小,氨氮和总氮去除率非常接近,但是对水力负荷略有影响,4#为河砂炉渣1∶1混合填装,5#为上层滤渣加下层河砂分层填装,6#为上层河砂加下层炉渣分层填装,4#、5#的水力负荷为48 cm/d,而6#的最大水力负荷为40 cm/d。同时,在最大水力负荷范围内,所有试验柱出水COD和氨氮浓度基本都能达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918-2002)中一级A标的要求,出水COD去除率为67.9%-79.0%,氨氮去除率为90.5%-94.0%。地下渗滤系统主要是通过在布水期滤料的过滤截留和吸附作用,以及落干期滤料上的微生物好氧分解作用去除水中的COD和氨氮。但是,出水总氮的去除率很低,仅为5.6%-16.9%,不能达到污水排放标准的要求。这主要是因为系统处于好氧环境,同时缺乏碳源,未能通过反硝化作用将新生成的硝态氮和亚硝态氮转化成氮气,永久性的从系统中去除。  对相同粒径分布的不同填料进行研究的试验过程中,不同填料河砂、石英砂、陶粒、沸石的出水COD浓度和氨氮浓度基本能达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918-2002)中一级A标的要求,其中COD的去除率为69.8%-82.9%,出水氨氮的去除率为84.3%-96.3%。但是出水总氮浓度基本都不能达标,总氮的去除率为14.1%-19.0%。虽然四种填料的粒径分布相同,但是它们的填料特性(渗滤速度、孔隙率、比表面积等)均有不同,从而导致水力负荷差异较大,沸石和陶粒与石英砂和河砂相比更容易堵塞。  基于本试验的研究结果,不仅可以为地下渗滤系统的填料的筛选及配比、污染物去除效果以及预见系统的使用寿命提供指导,进一步提升地下渗滤的性能,同时对其他生态处理技术填料的筛选也具有重要的借鉴意义。
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