叠层滤水箱式污水处理装置处理农村生活污水试验研究

摘要

我国是一个严重干旱缺水的国家。目前，我国水资源短缺和水资源污染问题依然十分严峻。随着农村地区经济社会发展，农村地区的水资源问题日益突出。长期以来，国家水污染防治的重心一直放在大中城市，农村地区水环境污染治理相对滞后，造成我国农村地区面临水资源供需矛盾突出、水资源污染严重以及农村生活污水处理严重滞后等诸多问题。因此，加快农村地区生活污水设施建设和技术研发推广，探索出一种与农村水环境特征和农村水资源特征相匹配的处理技术刻不容缓。 近年来，土壤渗滤系统以其基建运行费用低、运行出水稳定、运行成本低、节省空间等特点成为农村地区生活污水处理技术的热点。本课题组基于土壤渗滤系统的技术原理，设计研发了发明专利——一种叠层滤水箱水式污水处理装置。为了提高装置的去污能力，优化装置的处理效果，选择出一种最佳的结构方案和运行方案，本试验研究以提高装置对有机污染物、氮、磷等污染物的处理效果为目标，采用对比分析的方法，从基质滤料的选择、装置的结构优化以及装置运行参数的优化三个方面下手，进行了试验研究。 首先，本研究对叠层滤水箱式污水处理装置选用的基质滤料进行了筛选，试验选取沸石、活性炭、页岩陶粒、膨胀蛭石、粉煤灰陶粒、黏土陶粒、瓷砂陶粒七种不同的基质滤料作为研究对象，进行氮磷静态等温吸附试验，考察其氮磷吸附性能。试验结果表明：在七种基质滤料中，通过对氨氮理论饱和吸附量和吸附强度进行对比，其吸附能力为：沸石>膨胀蛭石>粉煤灰陶粒>活性炭>页岩陶粒>瓷砂陶粒>黏土陶粒。其中，沸石的氨氮吸附性能最佳，最大吸附量为167mg/kg。通过对磷理论饱和吸附量和吸附强度进行对比，其吸附能力为：粉煤灰陶粒>页岩陶粒>活性炭>沸石>膨胀蛭石>黏土陶粒>瓷砂陶粒。其中，粉煤灰陶粒的磷吸附性能最佳,最大吸附量为985mg/kg。通过对七种基质滤料的氮磷吸附性能进行综合考虑，选择沸石、活性炭、页岩陶粒、粉煤灰陶粒、膨胀蛭石五种基质滤料作为本试验的基质滤料。 其次，本试验对叠层滤水箱式污水处理装置的装置结构进行优化。试验以实验室自配的模拟生活污水作为考察对象，以上阶段试验选取的沸石、活性炭、页 岩陶粒、粉煤灰陶粒、膨胀蛭石五种基质滤料按照体积比1:1:1:1:1的比例混合装填，考察不同层数叠层滤水箱式污水处理装置对有机污染物以及氮磷的去除效果。试验结果表明：不同层数的叠层滤水箱式污水处理装置的去污能力存在一定差异。其中，装置对有机污染物和氨的去除，5层和6层的装置明显好于3层和4层的装置，均能达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》中的一级标准。不同层数的装置对磷的去除效果影响不大。综合考虑，本装置5层装置为最佳的选择，既保证了处理效果，又达到了一定的经济性。 最后，本试验对装置进行运行参数优化。试验以实验室自配模拟生活污水作为实验对象，选用五层叠层滤水箱水式污水处理装置，考察进水方式、水力负荷以及干湿比等运行参数对装置去污净化能力的影响。试验结果表明：采用间歇式进水方式时，装置对有机污染物和氮磷去除效果最佳。其装置出水CODcr、NH3-N、TN、TP平均去除率为90.6%、90.41%、81.2%、95.8%。；当水力负荷为0.3m3/(m2.d)，系统出水CODcr、NH3-N、TN、TP浓度均值分别为33.2mg/L、6.2mg/L、9.1mg/L、0.2mg/L，去除率均值为90.0%、80.8%、78.2%、95.8%。当干湿比为较大时，装置更有利于CODcr和NH3-N的去除。当干湿比较小时，装置对TN的去除效果更佳。不同的干湿比对磷的去除效果影响不明显。

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摘 要

第一章 绪论

1.1研究背景

1.1.1我国水资源危机

1.1.2我国农村水环境现状

1.1.3我国农村生活污水排放特点

1.1.4我国农村生活污水治理技术发展现状及技术选择

1.2多层土壤渗滤系统简介

1.2.1土壤渗滤系统的起源和应用

1.2.2土壤渗滤系统的技术原理

1.2.3土壤渗滤系统的去污机理

1.2.4土壤渗滤系统的研究进展

1.2.5土壤渗滤系统存在的问题

1.3研究目的、内容及技术路线

1.3.1课题来源

1.3.2研究目的

1.3.3研究内容

1.3.4研究路线

图1.1技术路线图

2.1试验装置

2.2试验材料

2.2.1供试污水

2.2.2供试材料

2.3试验检测指标及仪器

2.3.1试验监测指标

2.3.2试验仪器

第三章 叠层滤水箱式污水处理装置渗滤层构建和装置优化

3.1前言

在土壤渗滤系统的构建中，渗滤层的构建无疑是整个系统构建的核心部分，渗滤层中基质滤料的选择是土壤渗滤系

为了强化叠层滤水箱式污水处理装置的净化效果，本阶段试验首先测试沸石、活性炭、粉煤灰陶粒、页岩陶粒、膨

3.2叠层滤水箱式污水处理装置渗滤层基质滤料的筛选

3.2.1供试材料

为满足试验要求，本阶段试验采用氯化铵和磷酸二氢钾配置一定梯度浓度的氨氮和磷标准溶液作为供试污水。

含氮污水：由分析纯氯化铵配置的质量浓度分别为5、10、20、40、60、80、100mg/L的溶液。

含磷污水：由分析纯磷酸二氢钾配置的质量浓度分别为5、10、20、40、60、80、100mg/L的溶

3.2.2试验方法

将七种不同的基质滤料分别用自来水浸泡24小时，用去离子水清洗5~6次，然后放入110℃的恒温干燥箱干

（2）不同基质滤料的磷等温静态吸附试验

将七种不同的基质滤料分别用自来水浸泡24小时，用去离子水清洗5~6次，然后放入110℃的恒温干燥箱干

3.2.3分析测试方法

3.2.4数据处理和分析

由Freundlich吸附等温线方程中参数n可以得出，粉煤灰陶粒的吸附性能最好，其n值为最大是2.1

3.2.5小结

3.3叠层滤水箱式污水处理装置的优化

3.3.1试验材料

根据上阶段对七种不同基质滤料氮磷吸附性能的试验结果，本阶段选取沸石、活性炭、粉煤灰陶粒、页岩陶粒、膨

以上基质滤料的物理特性同2.2.2。

供试污水性质同2.2.1。

3.3.2试验装置

本阶段试验装置同2.1。

3.3.3试验方法

3.3.3.1试验运行条件

3.3.4分析测试方法

3.3.5数据处理和分析

（1）不同层数叠层滤水箱式污水处理装置对COD（Cr）去除效果分析

本阶段试验主要以CODcr的去除作为考察指标来研究本装置对模拟生物污水中有机物的去除效果。根据试验装

由上图可知，以五种基质滤料混合装填作为渗滤层，不同层数叠层滤水箱式污水处理装置对CODcr的去除率均

（2）不同层数叠层滤水箱式污水处理装置对氨氮、总氮的去除效果分析

本阶段试验主要以NH3-N的去除作为考察指标来研究本装置对模拟生物污水中有机物的去除效果。根据试验装

根据试验装置运行过程中NH3-N浓度变化以及试验装置对其去除率绘制成图3.33。由图3.33可知，试

（3）不同层数叠层滤水箱式污水处理装置对总磷的去除效果分析

本阶段试验主要以TP的去除作为考察指标来研究本装置对模拟生物污水中污染物的去除效果。根据试验装置运行

由上图可知，以五种不同基质滤料混合装填作为渗滤层，不同层数叠层滤水箱式污水处理装置对TP的去除率均很

3.3.6小结

（1）4种不同层数叠层滤水箱式污水处理装置对实验室自制的模拟生活污水中以CODcr计的有机污染物均有

（2）4种不同层数叠层滤水箱式污水处理装置对自制的模拟生活污水中的NH3-N和TN均有较好的处理效果

（3）4种不同层数叠层滤水箱式污水处理装对自制的模拟生活污水中的TP均有很好的处理效果，在进水浓度波

3.4本章小结

第四章 叠层滤水箱式污水处理装置运行优化

4.1前言

4.2材料和方法

4.2.1试验材料和实验装置

根据上一阶段试验对七种不同的基质滤料脱氮除磷效果的试验结果，本阶段选用沸石、活性炭、粉煤灰陶粒、页岩

根据上阶段对不同层数叠层滤水箱式污水处理装置的试验结果，选用五层叠层滤水箱式污水处理装置作为本阶段试

供试污水同2.2.1。

4.2.2试验方法

4.2.2.1进水方式对装置去污净化效果影响实验

4.2.2.2水力负荷对装置去污净化效果影响实验

4.2.2.3干湿比对装置去污净化效果影响实验

4.2.3分析测试方法

4.3结果与讨论

4.3.1进水方式对装置去污效果影响分析

4.3.1.1进水方式对装置有机污染物去污效果影响分析

4.3.1.2进水方式对装置氮去污效果影响分析

4.3.1.3进水方式对装置磷去污效果影响分析

4.3.2水力负荷对装置去污效果影响分析

4.3.2.1水力负荷对装置有机污染物去污效果影响分析

4.3.2.2水力负荷对装置氮去污效果影响分析

不同水力负荷对装置NH3-N和TN去除效果如图4.6和图4.7所示。由图4.6可知，不同的水力负荷对

4.3.2.3水力负荷对磷装置去污效果影响分析

不同水力负荷对系统TP去除效果影响如图4.8所示。由图中数据可知，系统进水TP在3.3~6.1mg/

4.3.3干湿比对装置去污效果影响分析

4.3.3.1干湿比对有机污染物装置去污效果影响分析

4.3.3.2干湿比对氮装置去污效果影响分析

4.3.3.3干湿比对磷装置去污效果影响分析

4.4本章小结

第五章 结论与建议

5.1结论

5.2建议