打开文本图片集

摘要：本文研究了一种由厌氧过滤器和曝气砂滤器相结合的污水处理系统。三个厌氧滤器以9小时的水力停留时间运行，在不同的应用频率下，将同样的污水分别应用在四个处理滤器上。在第一次砂滤器上，每天每次处理50 L.m-2。在第二个、第三个和第四个，相同的负荷每天分别处理两次、三次和四次，分布在上午9点到下午4点之间。该系统验证了处理排放水体的最大限度及最终效果，同时验证了水体中COD和BOD，根据国标（GB 18918-2002）提出了本工艺的有效性、可行性与建设性。

关键词：废水；厌氧砂滤器；重复使用

一，引言

由于经济水平、自然条件等原因，农村人居环境治理基础薄弱，存在诸多问题。其中，农村生活污水治理是最突出的短板，截止2021年全国农村污水处理率约为28%，70%以上的农村地区未完成生活污水治理，为了有助于解决这一问题，团队设计研发了一套基于厌氧工艺简化和低成本的生活污水处理系统，通过针对性实验，证明这是一种低成本的选择方案，可以去除约70%的有机物并减少污泥量。由于厌氧系统处理污水后，不能产生符合国家标准的处理水质，因此将其视为该过程的第一步，需要额外的过程来补充有机物和营养物质以及后期有机物的去除过程。

实验中，当需要简化后处理系统时，可以使用砂滤器。它的操作是基于通过分配管在砂床表面间歇性施加冲洗液。在流体拐点期间，通过物理、化学和生物机制进行净化。为了研究简化的污水处理系统，本工作评估了厌氧过滤器与砂滤器的关联，将产生的污水与水体中的排放模式进行了比较，并对各种再利用做法进行了分析。

二，应用方法

该实验项目安装在土木工程学院，用于项目实验厌氧槽未经处理的污水来自一些大学的生活污水处理设施，其一部分流量被泵入位于3.2米高的1000 L水箱中，保持满流量，并不断循环和溢流，旨在保持系统中的恒定流量。

从这个实验设施里，污水被引导到三个厌氧过滤器。每一个都由圆柱形不锈钢制成，总体积为500 L。底部是圆锥形的基础空腔，并通过竹格栅与中间支撑占据的区域隔开，用作废水分配的隔间。图1显示了其中一个反应器的示意图和照片。

支撑介质由竹节环组成，其直径为0.03米，切割成约0.05米长的尺寸。在用这种材料填充反应器后，平均74.7±0.3%的内部体积是空的，表面积达到91.8±5.4 m2.m-3。操作为上升流，标称液压保持时间为9小时，流量每天控制两次。

离开厌氧过滤器的液体被引导到总体积为60L并且在其侧面具有对应负载刻度的给料容器。容器的底部，用于处理厌氧污水的层沙表面下具有曝气管道。在污水从分配管道到达砂床表面之前，正下方布置分水器，水流与方形分水器发生碰撞。

在碰撞中，形成了均匀分布在砂床上的条纹。在砂滤器的操作中，使用了玻璃滤器结构的圆柱形容器，内径为1.5m，顶部开口，底部有一个的出水孔，安装了出水管。对于床的组成，从底部开始使用了三层分层结构。

第一层砂床，采用了0.75 m的深度，根据测算标准，这是最适合处理污水的值。所用的沙子直径通常被称为滤砂平均值，此实验中直径约为0.18 mm。正下方是由特殊材料形成的砂支持层，不均匀系数CD为1.66，孔隙系数Cv为44.08±0.38%，深度为0.05m。这种材料旨在支撑沙子，防止其颗粒被拖出系统结构。第三层深度为0.20m，由曝气模块材料组成，有效直径（D10）为10.12mm，不均匀系数（CD）为1.89，孔隙系数（Cv）为45.80±0.40%。图2中是一个砂滤器的方案和各层的布置。

为了增加床的通气量，在每个砂滤器安装了内径较大的曝气管道。在反应器内部，曝气管穿透了构成十字形结构的曝气层，在其所有延伸部分上、下和横向穿孔的直径为0.020m，间隔0.020m。自然完成空气的捕获，实现加大接触面积这一功能。

三，砂滤试验结构方案

每天的流速约为15mL.s。来自这些反应器的液体在星期一和星期五之间以50 L.m-2的负载施加在砂床的表面上。对于每个砂滤器，该值是在特定的应用频率和短时间间隔内设置的，对应于定量容器的快速排空。这个简单的流程用于模拟阀门或排放箱的功能。

在第一过滤器（FA1）中，每天施加一次50L.m-2的负载，在上午9：00施加。在第二过滤器（FA2）中，该负载每天施加两次，间隔七小时，即在晚上9：00和4：00。在第三个过滤器（FA3）中，每天施加三次：9：00、12：30和16：00。最后，在第四个过滤器（FA4）中，在以下时间进行应用：9：00、11：20、13：40和16：00。

表1显示了这种操作方式：

在统一在各阶段管道排出排入口收集这些反应器的流出污水，例如，进入厌氧过滤器前，离开沙滤的污水等，砂滤污水流出物的取样开始于最后一次日常处理之后，当时液体的流出量明显增加。对收集到的样本进行了分析，以基于《水和废水检测标准方法》为标准。分析期为75周。

3.1分析结论

研究中使用的未经处理的污水的pH值在中性附近波动，平均值为6.9±0.3，而厌氧过滤器的出水达到6.9±0.2。关于砂滤器的污水流出物，从图3中可以看出，在研究的第9周后，pH值大幅下降，从第13周起达到5.0以下，即低于国家标准规定的向水体排放的最低限度，四个过滤器污水PH值之间没有显著差异（在5%以内）。

试验记录显示，酸度的增加可以通过硝化过程来解释，硝化过程导致产生的废水的N-NO2+N-NO3−平均浓度为26.3 mg.L-1，而在最关键的砂流中仅8.6mg.L-1，砂滤器（FA4）施用率最高。

由于硝化作用，碱度值降低，如图4所示。

直到第九周，pH值一直保持在7.0以上，并通过沙子中存在具有基本特征的化合物来解释，在日常应用冲洗液的过程中，这些化合物最终被消耗或拖出系统。

为了调节废水的pH值，无论是在水体中释放还是在灌溉中使用，决定在砂滤器中添加碱性化合物和厌氧废水。为此，在第40周和第44周之间，测试了碳酸钙和氢氧化钙的使用，除了没有提供所需的pH值增加之外，两者都在砂床的表面上形成沉淀物，在床上的所有厌氧污水流出物布置期间，添加100mL浓度为120g.L-1的溶液。

使用该化合物后，每1克N-NH4+在硝化的情况下，消耗7.07g CaCO3形式的碱度，由厌氧污水流出物和溶液的碱度之和产生的值的减少，将相当于将大约52.3mg.L-1的氨氮氧化为硝酸盐。这一结果与实际获得的结果非常接近，因为总氮富集的硝化作用平均为51.8mg.L-1，与所研究的砂流结果之间没有显著差异（在5%以内）。

同样，考虑到厌氧过滤器的出水平均总碱度为208±55mgCaCO3.L-1，它只支持29.4mg.L-1的N-NH4硝化作用，波动在35至70 mg.L-1之间。然而，研究中使用的污水浓度高于该最小值，碱度值低于标准中的发现值，更准确地说，对应于相关规定的该类废水的最小范围为109±31 mgCaCO3.L-1，该类废水在110至170 mgCaCO3.L-1之间振荡。

如果不使用碱性化合物进行pH校正，则应适当调整存在于未经处理的污水中以及随后存在于厌氧污水流出物中的碱度值与相应的总氮浓度之间存在适当的关系。

3.2浊度和悬浮固体

未经处理的污水的平均浊度为79.8±19.4 TU，而厌氧过滤的出水达到57.9±24.8 TU，允许去除率为25.9±35.3%。从表3中可以看出，砂流的污水流出物在发现的数据之间没有显著差异（在5%以内），所有数据的值都低于1类水体中框架的最大限值，即40 TU。可用于灌溉蔬菜、果树和公园，以及水产养殖。

就总悬浮固体而言，通过厌氧过滤器后，其浓度平均去除39±31%，达到66±29 mg.L-1。至于砂滤器的废水，首先可以看出，所有废水都符合有关悬浮液中总固体浓度的国家标准。

考虑到重复使用的可能性，将获得的数据与表4中标准提出的值进行比较表明，由于最终浓度小于50 mg.L-1，因此污水流出物堵塞滴头的风险较低。

需要注意的是，尽管砂床有过滤作用，但在整个研究过程中没有堵塞，这一特性可能与间歇性操作有关，导致表面沉积材料的降解。

3.3对氧气和溶解氧的生化需求

未处理污水的生化需氧量（BOD）平均值为489±158 mg.L-1，在200至500 mg.L-1的生活污水典型范围内。

国家标准规定了水体中废水排放的限值为60 mg.L-1的BOD。因此，试验已经证明厌氧过滤器不具备遵守此类法律规范的能力，需要进行后处理。在这一点上，当采用砂滤器来实现这一功能时，表5显示BOD值的去除率大于93%，这使得在所有研究情况下，这些反应器的污水流出物都符合此类标准。

砂滤器的平均BOD值之间没有显著差异（在5%以内），表明在频率使用中，同流床层的处理效率相似。

获得最高施用率的过滤器最终每天可以降解更高的BOD负荷（表5）。然而，这种有机物的纯化、代谢过程中的耗氧，不影响溶解氧浓度（图5）。这一特性解释了在沙床表面间歇性施用药液的重要性，因为这种作用保证了负责处理所处理有机物的细菌的需氧条件。

这些试验结果加强了所研究的反应器处理能力的稳健性，因为在沙滤器中进行的应用获得了最高的日处理率（200 L.m-2.day-1），发生在9：00至16：00之间，即每天7小时，并且这些应用穿插着140分钟的休息期。如果在一整天的操作（24小时）内进行性能推断，预计每天至少施用10次50 L.m-2，总计500 L.m-2。第1天，在实际研究的7小时内保持相同的BOD去除率。废水的处理效率最差的处理情况发生在废水流出量突然增加的第一时刻，其特征是液体与生物培养物之间的接触时间较少。

根据这些试验信息可以得出结论，砂滤器实施工艺对于厌氧污水流出物的极限应用率来说是非常稳定的。可由此推算出此实验装置处理能力为：厌氧废水的最大排放量为100 L.m-2天-1，好氧处理废水的最高排放量为200 L.m-2day-1。

如上所述，图5显示

砂滤器流出污水中的OD，即使在经过大型有机物去除过程后，也优于在绝大多数情况下，确定为2类水体而制定的最低限度。因此，就这一参数而言，除了水产养殖外，废水还可用于蔬菜、果树和公园的灌溉。

这些高浓度的OD表明间歇操作砂床的曝气能力很大，这可能是由一次应用和另一次应用之间的间歇停止时间引起的。因此，空气进入沙子的孔隙得到了保证，满足了需氧细菌的代谢，也允许稀释来自后续处理的液体物质中的氧气。

如表2所示，砂滤器提供了较低的密度，并且其污水流出物各不相同。接近105 MPN 100 mL-1总大肠菌群在104 MPN 100 mL-1之间和105 MPN 100 mL-1，对于大肠杆菌，两种情况都指向接近2.0对数单位的去除。四个沙过滤器提供的平均值没有显著差异（在5%以内）。

四，结论

厌氧过滤器后处理中使用的砂滤器产生的废水BOD低于规定的排放标准，试验结果表明，日处理率高于相关标准建议的处理率，试验结果建设性的指导了这种污水处理工艺形式的相关产品。

关于重复使用的可能性，获得的试验结果与世界卫生组织建议的微生物值进行比较时，生活污水经处理后，产生的污水可以使用于灌溉植物和农作物以及干草和青贮饲料。关于悬浮固体浓度的值也较低，污水流出物堵塞滴头的风险很低，证明了经过厌氧处理后，再经过曝氧砂滤装置的可用性。

参考文献

[1] 蔡杭安.我国农村污水处理技术概述及发展现状[J].科技展望，2016，（22）：109.

[2] 刘峰红.我国农村污水处理现状及其处理措施研究[J].山西建筑，2014，（29）：149-150.

[3] 黄力勇.浅析我国城市污水处理工艺的现状及存在的问题[J].黑龙江交通科技，2013，（07）：165.

[4] 侯继燕，贾韬，黄慎勇.我国西部地区污水处理设施现状及问题探讨[J].给水排水，2008，（02）：52-55.

课题：甘肃省中小企业创新基金/应用于西部村镇的模块化智能污水处理系统的研发/22CX3GA068