農(nóng)村生活污水處理設(shè)施
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連續(xù)全混反應(yīng)器
連續(xù)全混反應(yīng)器由一個有進流和出流的容器組成,反應(yīng)物連續(xù)流人反應(yīng)器,混合物連續(xù)流出反應(yīng)器,是一種開放式反應(yīng)器。反應(yīng)器通常在穩(wěn)態(tài)條件下運行,反應(yīng)器內(nèi)物料充分混合,物質(zhì)含量在整個反應(yīng)器內(nèi)均勻一致,排出物的成分與反應(yīng)器中的成分相同,反應(yīng)器內(nèi)的反應(yīng)物濃度不隨時間變化,也不隨空間變化;通常情況下(但不一定全是) ,其進出流量平衡。理想狀態(tài)下,對只含單yi流體的情況,假設(shè)流體相中的物料混合都非常迅速,從而各組分在整個容器中的濃度都是均勻的;對含有多種流體的容器假設(shè)混合*,并且對每一種流體其混合都是瞬間完成的,因此流出反應(yīng)器中的產(chǎn)物組分濃度等于該物料在整個反應(yīng)器內(nèi)的濃度。
2.平推流反應(yīng)器
平推流反應(yīng)器也稱活塞流反應(yīng)器,連續(xù)穩(wěn)定流人反應(yīng)器的流體,在垂直于流動方向的任一截面,各質(zhì)點的流速*相同,平行向前流動。進人反應(yīng)器的物料之間*沒有混合,并且沿反應(yīng)器軸向上物料之間也*沒有混合,而徑向上物料之間混合均勻。這種流動形式近似于很少或沒有縱向分散的、長寬比很大的長形敞開池或封閉的管式反應(yīng)器中的流動形式。穩(wěn)態(tài)操作時,反應(yīng)器內(nèi)物料的參數(shù),如濃度、溫度等,不隨時間發(fā)生變化,而沿長度方向發(fā)生變化,即反應(yīng)器內(nèi)物系參數(shù)可隨位置而變。
3、序批式反應(yīng)器
反應(yīng)物在封閉式反應(yīng)器內(nèi)“--罐- -罐”地進行反應(yīng)操作,反應(yīng)完成卸料后,再進料進行下一批的生產(chǎn),也稱為分批操作或序批操作,一般用于小批量、多品種的均質(zhì)液相反應(yīng)系統(tǒng)。序批反應(yīng)器是在非穩(wěn)態(tài)條件下操作的,盡管容器中的成分隨反應(yīng)時間而變化,但是反應(yīng)器內(nèi)的成分在任一時刻都是均勻的,濃度溫度處處相等。在廢水處理中,序批操作過程就在反應(yīng)過程中既無水流入,也無水流出(也就是,水流流入,進行反應(yīng),然后排出,如此重復循環(huán))。
序批反應(yīng)器操作方式靈活,設(shè)備投資省,同一設(shè)備可以生產(chǎn)不同品種,具有反應(yīng)速率高,出水水質(zhì)穩(wěn)定,容易控制污泥膨脹等連續(xù)流反應(yīng)器所*的優(yōu)點,已經(jīng)廣泛應(yīng)用于中小規(guī)模污水處理廠。在污廢水的生物處理中,序批反應(yīng)器還經(jīng)常被選用于未經(jīng)實踐檢驗的新工藝的研發(fā)、化學反應(yīng)動力學研究以及各單因素試驗,如短程硝化反硝化、厭氧氨氧化、好氧顆粒污泥等污水處理新工藝新技術(shù)都是基于序批反應(yīng)器提出并實現(xiàn)的。
1)進水階段
運行周期從廢水進入反應(yīng)器開始。進水時間由設(shè)計人員確定,取決于多種因素包括設(shè)備特點和處理目標等。進水階段的主要作用在于確定反應(yīng)器的水力特征。如果進水階段時間短,其特征就像是瞬時工藝負荷,系統(tǒng)類似于多級串聯(lián)構(gòu)型的連續(xù)流處理工藝,所有微生物短時間內(nèi)接觸高濃度的有機物及其他組分,隨后各組分的濃度隨著時間逐漸降低;如果進水階段時間長,瞬時負荷就小,系統(tǒng)性能類似于*混合式連續(xù)流處理工藝,微生物接觸到的是濃度比較低且相對穩(wěn)定的廢水。
2)反應(yīng)階段
進水階段之后是反應(yīng)階段,微生物主要在這一階段與廢水各組分進行反應(yīng)。實際上,這些反應(yīng)(即微生物的生長和基質(zhì)的利用過程)在進水階段也在進行,隨著污水流人,微生物對污染物的利用也即開始。所以進水階段應(yīng)該被看作“進水+反應(yīng)”階段,反應(yīng)在進水階段結(jié)束后繼續(xù)進行。完成一一定程度的處理目標需要一定的反應(yīng)過程。如果進水階段短,單獨的反應(yīng)階段就長;反之,如果進水階段長,要求相應(yīng)的單獨反應(yīng)階段就短,甚至沒有。由于這兩個階段對系統(tǒng)性能影響不同,所以需要單獨解釋。
在進水階段和反應(yīng)階段所建立的環(huán)境條件決定著發(fā)生反應(yīng)的性質(zhì)。例如,如果進水階段和反應(yīng)階段都是好氧的,則只能發(fā)生碳氧化和硝化反應(yīng)。此時SBR的性能介于傳統(tǒng)活性污泥法和*混合活性污泥法之間,取決于進水階段的長短。如果只進行混合而不曝氣,在硝態(tài)氮存在的條件下就會發(fā)生反硝化反應(yīng)。如果反應(yīng)階段發(fā)生硝化,產(chǎn)生硝酸鹽,并且在周期結(jié)束時仍留在反應(yīng)器中,那么在進水階段和反應(yīng)階段初期增加一個只混合而不曝氣的間隙,就可以使SBR法類似于連續(xù)流A/O系統(tǒng)。如果在反應(yīng)階段后期增加一個只混合而不曝氣的間隙,SBR法就變得與Berdenpho工藝類似。另一方面,如果SBR法在比較短的SRT下運行,沒有硝酸鹽產(chǎn)生,在進水階段和反應(yīng)階段只攪拌而不曝氣,就可以篩選出聚磷菌,SBR法就變得與phoredox或An/O連續(xù)系統(tǒng)類似。這幾個例子清楚地表明,SBR法可以通過調(diào)整設(shè)計和運行方式來模擬多種不同的連續(xù)處理工藝。
3)沉淀階段
反應(yīng)階段完成之后,停止混合和曝氣,使生物污泥沉淀,完成泥水分離。與連續(xù)處理工藝相同,沉淀有兩個作用:澄清出水達到排放要求和保留微生物以控制SRT。剩余污泥可以在沉淀階段結(jié)束時排除,類似于傳統(tǒng)的連續(xù)處理工藝;或者剩余污泥可以在反應(yīng)階段結(jié)束時排出,類似于Garrett工藝。
4)排水階段
不管剩余污泥在什么階段排出,經(jīng)過有效沉淀后的上清液作為出水在排放階段被排出,留在反應(yīng)器中的混合液用于下一個循環(huán)。如果為了向進水階段的反硝化提供硝酸鹽而保留了相對于進水大得多的液體和微生物,那么所保留的這部分就類似于連續(xù)流處理中的污泥回流和內(nèi)循環(huán)工藝。
生物吸附法是利用生物體本身的化學結(jié)構(gòu)及成分特性來吸附溶于水中的金屬離子,再通過固液兩相分離去除水溶液中的金屬離子的方法。利用胞外聚合物分離金屬離子,有些細菌在生長過程中釋放的蛋白質(zhì),能使溶液中可溶性的重金屬離子轉(zhuǎn)化為沉淀物而去除。生物吸附劑具有來源廣、價格低、吸附能力強、易于分離回收重金屬等特點,已經(jīng)被廣泛應(yīng)用。生物化學法生物化學法指通過微生物處理含重金屬廢水,將可溶性離子轉(zhuǎn)化為不溶性化合物而去除。硫酸鹽生物還原法是一種典型生物化學法。該法是在厭氧條件下硫酸鹽還原菌通過異化的硫酸鹽還原作用,將硫酸鹽還原成H2S,廢水中的重金屬離子可以和所產(chǎn)生的H2S反應(yīng)生成溶解度很低的金屬硫化物沉淀而被去除,同時H2SO4的還原作用可將SO42-轉(zhuǎn)化為S2-而使廢水的PH值升高。因許多重金屬離子氫氧化物的離子體積很小而沉淀。有關(guān)研究表明,生物化學法處理含Cr6+濃度為3040mg/L的廢水去除率可達99.67%—99.97%。有人還利用家畜糞便厭氧消化污泥進行礦山酸性廢水重金屬離子的處理,結(jié)果表明該方法能有效去除廢水中的重金屬。用脫硫腸桿菌(SRV)去除電鍍廢水中的銅離子,在銅質(zhì)量濃度為246.8mg/L的溶液,當PH為4.0時,去除率達99.12%。
污水自然凈化處理系統(tǒng)
常見的污水自然凈化處理系統(tǒng)包括穩(wěn)定塘、土地處理系統(tǒng)以及濕地處理系統(tǒng)。
穩(wěn)定塘。穩(wěn)定塘又稱為氧化塘或者生物塘,是一種天然的或經(jīng)一定人工構(gòu)筑的污水凈化系統(tǒng),具有投資少、運行管理簡便、節(jié)省能耗的特點。世界各國從20世紀初開始了對穩(wěn)定塘的研究,在20世紀50年代以后迅速發(fā)展[3]。我國對穩(wěn)定塘的研究始于20世紀50年代末,到目前為止,已經(jīng)建成并投入運行的穩(wěn)定塘幾乎遍布全國各個地區(qū)。穩(wěn)定塘按照塘水中微生物類型可以分為:好氧塘、兼性塘、厭氧塘、曝氣塘、深度處理塘。與其他工藝相比,穩(wěn)定塘具有以下幾個優(yōu)點:一是處理成本低。穩(wěn)定塘的結(jié)構(gòu)簡單、施工周期短、處理耗能低、運行維護方便且成本低,因穩(wěn)定塘的污水處理成本低。二是由于穩(wěn)定塘的容積大,因此能夠承受污水水量的波動,適應(yīng)能力和抗沖擊負荷強。適合小城鎮(zhèn)污水處理的工藝要求。三是穩(wěn)定塘能夠充分地利用當?shù)噩F(xiàn)有的湖泊、池塘等。因此,可以因地制宜,達到污水處理的目的。四是穩(wěn)定塘的污泥產(chǎn)量少,從而減少二次污染,降低了污泥的處理處置費用。由于氧化塘具有以上優(yōu)點,所以氧化塘工藝得到了廣泛的應(yīng)用。但是氧化塘也有一些缺點和局限性:占地面積大,處理的效率相對來說比較低,可能產(chǎn)生臭味滋生蚊蠅,不宜建在居民區(qū)的附近。
土地處理系統(tǒng)。污水土地處理系統(tǒng)[4]是指利用農(nóng)田、林地等土壤―微生物―植物構(gòu)成的陸地生態(tài)系統(tǒng)對污染物進行綜合凈化處理的生態(tài)工程,它能夠在處理城鎮(zhèn)污水的同時,實現(xiàn)污水的資源化與無害化。目前,常用的工藝有慢速滲濾系統(tǒng)、快速滲濾系統(tǒng)、地表漫流系統(tǒng)、濕地處理系統(tǒng)和地下滲濾系統(tǒng)。
而在土地處理系統(tǒng)中應(yīng)用廣泛、研究成熟的就是人工濕地處理系統(tǒng)。人工濕地系統(tǒng)*的5個部分分別是具有透水性的基質(zhì)、在飽和水和厭氧基質(zhì)中能夠生長的植物、水體、無脊椎或者脊椎動物以及好氧或厭氧的微生物種群。土地處理系統(tǒng)便是利用這些部分通過物理過濾、物理吸附與沉積、物理化學吸附、化學反應(yīng)與沉淀、微生物代謝與有機物的生物降解等過程來處理污染物質(zhì)。污水土地處理系統(tǒng)的優(yōu)點有:一是污水土地處理系統(tǒng)可以促進污水中植物營養(yǎng)素的循環(huán),污水中的有用物質(zhì)通過作物的生長而獲得再利用。二是污水土地處理系統(tǒng)的基建費用少,能夠充分地利用土地和洼地等。三是污水土地處理系統(tǒng)的運行管理方便,而且能耗低。四是污泥得到充分地利用,二次污染少。