水解酸化及高效菌藻塘技术处理农村生活污水水解酸化及高效菌藻塘技术处理农村生活污水应用研究及工程示范应用研究及工程示范

常州大学环境与安全工程学院2010 年 5 月 21 日

郭迎庆

4. 结论4. 结论

1. 工程背景、目标及考核指标1. 工程背景、目标及考核指标

2. 示范工程的建设 2. 示范工程的建设

提纲

3. 示范工程的研究 3. 示范工程的研究

太湖鼋头渚

农村生活污水量大面广，是面源污染的重要农村生活污水量大面广，是面源污染的重要组成部分。根据已有资料和现场初步调查可知，组成部分。根据已有资料和现场初步调查可知，太湖地区农村生活水平较高，使用卫生洁具的农太湖地区农村生活水平较高，使用卫生洁具的农户所占比例较大；卫生洁具的排水一般排入自建户所占比例较大；卫生洁具的排水一般排入自建的简易化粪池，大量污水不断渗入地下的简易化粪池，大量污水不断渗入地下 ,, 农村水农村水体环境总体较差。体环境总体较差。

1.1 工程背景

　　 示范区内生活污水经处理后　　 示范区内生活污水经处理后 CODCOD 去除率大于去除率大于70%70% ，氨氮去除率大于，氨氮去除率大于 60%60% ，， TPTP 去除率大于去除率大于60%60% 。。

1.2 工程目标1.2 工程目标

技术创新点技术创新点 ::

11 、综合运用生物生态学原理进行污水处理，形成生、综合运用生物生态学原理进行污水处理，形成生态链式的净化系统，并辅以人工强化，集成为适合态链式的净化系统，并辅以人工强化，集成为适合农村的生活污水处理技术。 农村的生活污水处理技术。

22 、首次在菌藻芦苇塘前端增设水解酸化池作为预处、首次在菌藻芦苇塘前端增设水解酸化池作为预处理设施，用以改善进塘污水的可生物降解性，提高理设施，用以改善进塘污水的可生物降解性，提高冬季低温条件下的污染物降解效率和集成工艺的运冬季低温条件下的污染物降解效率和集成工艺的运行稳定性。行稳定性。

2.1 2.1 示范工程的设计依据和原则示范工程的设计依据和原则2.1.1 2.1.1 设计依据设计依据◆◆ 中华人民共和国水污染防治法；中华人民共和国水污染防治法；

◆◆ 城镇污水处理厂污染物排放一级Ｂ排放标准城镇污水处理厂污染物排放一级Ｂ排放标准（（ GB18918-2002GB18918-2002 ）；）；

◆◆ 《《夏坊村村庄建设规划夏坊村村庄建设规划》》（（ 2005-20202005-2020 ）。）。

2.1.2 2.1.2 设计原则设计原则

◆◆ 结合新农村试点规划，与地形地貌、自然条件相结合新农村试点规划，与地形地貌、自然条件相结合，与农村生态建设项目相结合。结合，与农村生态建设项目相结合。

◆◆ 处理设施布置紧凑，尽量减少占地面积，坚持实处理设施布置紧凑，尽量减少占地面积，坚持实用和美观相结合的总体布置原则；用和美观相结合的总体布置原则；

◆◆ 选择相对成熟的工艺路线，设计流程简洁，处理选择相对成熟的工艺路线，设计流程简洁，处理效果稳定，操作运行管理方便；效果稳定，操作运行管理方便；

◆◆ 在确保达标排放的前提下，尽量通过优化设计降在确保达标排放的前提下，尽量通过优化设计降低工程投资及运转费用，减轻劳动强度。低工程投资及运转费用，减轻劳动强度。

◆◆ 充分利用现有的水系，着重处理好水系绿化，水充分利用现有的水系，着重处理好水系绿化，水与人的活动的关系，形成丰富的村庄滨水景观。与人的活动的关系，形成丰富的村庄滨水景观。

示范区地理位置

武进区前黄镇

常州市

夏坊村生活污水处理设施位置图 夏坊村生活污水处理设施位置图

示范地为武进区前黄镇夏坊村，占地约示范地为武进区前黄镇夏坊村，占地约 600600 亩，亩，总居民人口约总居民人口约 20002000 多人。多人。

夏坊村村庄周边水塘现状 夏坊村村庄周边水塘现状

夏坊村村庄周边水塘现状夏坊村村庄周边水塘现状 夏坊村村庄周边水塘现状夏坊村村庄周边水塘现状

夏坊村村庄北面天然芦苇地夏坊村村庄北面天然芦苇地 夏坊村村庄北面天然芦苇地夏坊村村庄北面天然芦苇地

2.2 2.2 污水处理工艺的选择污水处理工艺的选择

　全村生活污水经污水管网收集后进入水解酸化池，以均匀水质水量，并通过微生物水解反应部分降解有机污染物，提高污水的可生化性；出水进入菌藻芦苇塘，进行生物生态协同处理；菌藻芦苇塘后接曝气鱼塘，利用作物鱼进一步去除悬浮物质澄清水质。

　全村生活污水经污水管网收集后进入水解酸化池，以均匀水质水量，并通过微生物水解反应部分降解有机污染物，提高污水的可生化性；出水进入菌藻芦苇塘，进行生物生态协同处理；菌藻芦苇塘后接曝气鱼塘，利用作物鱼进一步去除悬浮物质澄清水质。

工艺流程

粪便污粪便污水水

厨房污水厨房污水

洗衣污水洗衣污水

污污水水管管网网收收集集系系统统

SS、 COD高水解酸化池

高效藻类塘 TN、氨氮高

芦苇塘

曝气鱼塘

菌藻塘 费用低

2.3 2.3 工艺技术特点和优势工艺技术特点和优势

（（ 11 ）将该村一天然芦苇地改造成菌藻芦苇塘，既）将该村一天然芦苇地改造成菌藻芦苇塘，既节　　　约了用地，又降低了工程投资。节　　　约了用地，又降低了工程投资。

（（ 22 ）污水经水解酸化预处理后提高了污水的可生）污水经水解酸化预处理后提高了污水的可生化　性，提高了后续生化处理的效率。化　性，提高了后续生化处理的效率。

（（ 33 ）采用菌藻芦苇塘处理系统进行污水处理，）采用菌藻芦苇塘处理系统进行污水处理，　　　　具有投资省、运行费用低、管理便捷等　　　　具有投资省、运行费用低、管理便捷等优点。优点。

（（ 44 ）整套工艺集污水去碳、脱氮、除磷为一体，）整套工艺集污水去碳、脱氮、除磷为一体，对于太湖地区农村生活污水治理具有一定的借鉴对于太湖地区农村生活污水治理具有一定的借鉴和示范作用。　　　和示范作用。　　　

研究技术路线

示范地点的选择和农村生活污水排放状况调查示范地点的选择和农村生活污水排放状况调查

工艺选择及处理设施的设计与施工工艺选择及处理设施的设计与施工

处理设施的启动、运行及参数优化处理设施的启动、运行及参数优化

磷去除效率及去除机理研究

磷去除效率及去除机理研究

氮去除效率及去除机理研究

氮去除效率及去除机理研究

工艺研究工艺研究氮磷去除影响因素研究

氮磷去除影响因素研究

启动及生物、物理化学特征

启动及生物、物理化学特征

处理设施在农村地区的推广应用处理设施在农村地区的推广应用

3.1 3.1 水解酸化池的预处理效果水解酸化池的预处理效果

经过水解酸化预处理后，污水中经过水解酸化预处理后，污水中 CODCOD约可降约可降低低 3636％，另外，水解酸化池对进水中的悬浮物去％，另外，水解酸化池对进水中的悬浮物去除效果良好，实测结果显示，水解酸化池出水的除效果良好，实测结果显示，水解酸化池出水的SSSS 全年平均只有全年平均只有 51mg/L51mg/L 。。

水解酸化池出水水质特征

水质指标 变化范围 平均值 水质指标 变化范围 平均值

COD (mg/L)86.07~487.

78277.14 SS (mg/L) 10~120 51

TN (mg/L)24.70~127.

1974.27 T (℃) 7.7~34.0 18.4

NH4+-N

(mg/L)21.79~108.

3262.35 DO (mg/L) 0.6~4.8 1.6

NO3--N

(mg/L)0~3.12 1.13 pH 7.02~8.50 7.69

NO2--N

(mg/L)0~1.92 0.10

碱度 ( 以 CaCO3

计 )(mg/L)

236~663 490

TP (mg/L) 1.32~8.64 4.96 Ca2+ (mg/L)72.76~144.

83104.9

PO43--P

(mg/L)1.12~5.52 3.77

　菌藻塘的启动——藻类培养

采用农村生活污水直接培养的方式对藻类进行培养和驯化，在水深为 0.5m、流速为 0.35m/s以及适宜的气候条件下约 4 天可培养成功。叶绿素a 浓度为 0.28mg/L，说明藻类数量丰富。

菌藻共生培养小结

菌藻共生系统在培养过程中存在藻类、好氧异养菌、亚硝酸菌、硝酸菌依次生长过程，当亚硝酸菌和硝酸菌达到平衡时，菌藻共生系统培养成熟。

菌藻塘培养简单、启动快，无需专业人员便可顺利完成启动，这种优点有利于其在农村地区的推广应用。

3.2 3.2 菌藻塘的处理效果菌藻塘的处理效果

菌藻塘 COD 处理效果

由图可见，进水由图可见，进水 CODCOD浓度月平均值在浓度月平均值在 1313

44 ～～ 370mg/L370mg/L之间变化，波动较大。出水之间变化，波动较大。出水 CODCOD

的浓度全年平均值为的浓度全年平均值为 75mg/L75mg/L 。污水经过菌藻塘。污水经过菌藻塘处理后，从全年去除率趋势来看，菌藻塘对有机处理后，从全年去除率趋势来看，菌藻塘对有机物的去除相对稳定，全年平均值为物的去除相对稳定，全年平均值为 7373％。％。

0102030405060708090100

9 10 11 12 1 3 4 5 6

月份

浓度/mg.L－

1

0102030405060708090100

去除

率/%

进水 二级HRAP出水 去除率 去除率趋势拟合线

菌藻塘 NH3 － N 处理效果

NHNH33-N-N 的月平均进水浓度在的月平均进水浓度在 5050 ～～ 90mg/L90mg/L

之间，出水浓度基本上保持在之间，出水浓度基本上保持在 4mg/L4mg/L 以下，去除率以下，去除率较高。月平均去除率基本保持在较高。月平均去除率基本保持在 9090％以上，在寒冷％以上，在寒冷的冬季和开春时节，去除率会有所下降。的冬季和开春时节，去除率会有所下降。

0

20

40

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100

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9 10 11 12 1 3 4 5 6

月份

浓度/mg.L

－1

0

10

20

30

40

50

60

去除

率/%

进水 二级HRAP出水 去除率 去除率趋势拟合线

菌藻塘 TN 处理效果

水解酸化池出水水解酸化池出水 TNTN浓度全年平均值为浓度全年平均值为76.2mg/L76.2mg/L 。菌藻塘的出水。菌藻塘的出水 TNTN浓度全年平均值浓度全年平均值为为 53.3mg/L53.3mg/L ，， TNTN 全年平均去除率为全年平均去除率为 3030％。％。总体看来，总体看来， TNTN 去除效果秋季好于春夏，冬季最去除效果秋季好于春夏，冬季最差。差。

0.0

1.0

2.0

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4.0

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7.0

9 10 11 12 1 3 4 5 6

月份

浓度/mg.L

－1

0

10

20

30

40

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60

70

去除

率/%

进水 二级HRAP出水 去除率 去除率趋势拟合线

菌藻塘 TP 去除效果

进水进水 TPTP 的年平均值为的年平均值为 5.1mg/L5.1mg/L 。菌藻塘出。菌藻塘出水的水的 TPTP浓度年平均值为浓度年平均值为 3.8mg/L3.8mg/L ，， TPTP 的年平的年平均去除率为均去除率为 2525％。菌藻塘％。菌藻塘 TPTP 去除效果的总体趋去除效果的总体趋势呈现出持续下降的趋势。势呈现出持续下降的趋势。

3.3 3.3 水生芦苇塘的处理效果水生芦苇塘的处理效果　　　　　　芦苇在生长过程中吸收水体中的氮、磷等营芦苇在生长过程中吸收水体中的氮、磷等营养物质。另外，芦苇具有发达的根系悬浮于上层养物质。另外，芦苇具有发达的根系悬浮于上层水中，与污水接触面积较大，能大量吸附水体中水中，与污水接触面积较大，能大量吸附水体中悬浮固体和各种有机物，从而招致大量的浮游和悬浮固体和各种有机物，从而招致大量的浮游和底栖动物，通过食物链传递，将污水中的有机物、底栖动物，通过食物链传递，将污水中的有机物、氮、磷等去除。氮、磷等去除。

　　　　　　

　　　　由于菌藻塘出水中的藻类较多，造成由于菌藻塘出水中的藻类较多，造成 CODCOD 较较高，影响出水水质达标。为降低出水的高，影响出水水质达标。为降低出水的 CODCOD ，，通过在菌藻塘后端种植芦苇而产生对藻类的拮抗通过在菌藻塘后端种植芦苇而产生对藻类的拮抗作用来达到藻类的分离，可作为菌藻塘的后续强作用来达到藻类的分离，可作为菌藻塘的后续强化处理。化处理。

0

2

4

6

8

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12

14

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0

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7

12-1

12-1

5

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9

1-12

1-26 2-9

2-23 3-9

3-23 4-6

4-20 5-4

5-18 6-1

6-15

6-29

监测日期

DO/m

g.L

浓度

-1

HRAP 二级 出水 水生生物塘出水

菌藻塘出水和水生芦苇出水 DO 值比较

　　菌藻塘进水中的菌藻塘进水中的 DODO值全年平均值为值全年平均值为9.3mg/L9.3mg/L ，进入芦苇塘后，水中，进入芦苇塘后，水中 DODO值急剧下降。值急剧下降。这主要是由于有机物的生物降解、有机氮的氨这主要是由于有机物的生物降解、有机氮的氨化，化， NHNH ３３ -N-N 的硝化等均消耗的硝化等均消耗 DODO ，高的，高的 DODO 下降幅下降幅度说明微生物活动频繁。另一方面说明进水中的藻度说明微生物活动频繁。另一方面说明进水中的藻类在芦苇塘内受到了严重的抑制，对塘的复氧作用类在芦苇塘内受到了严重的抑制，对塘的复氧作用微乎其微。微乎其微。

0. 00. 20. 40. 60. 81. 01. 21. 41. 61. 82. 0

9-22

10-6

10-2

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12-1

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1-26 2-9

2-23 3-9

3-23 4-6

4-20 5-4

5-18 6-1

6-15

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监测日期

Chl

a/m

g.L

－浓

度1

－

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20%

40%

60%

80%

100%

/%去

除率

HRAP 二级 水生生物塘 去除率

水生芦苇对 Chl － a 的去除效果

污水经过水生芦苇处理后，大量的藻类被去污水经过水生芦苇处理后，大量的藻类被去除，处理后出水的除，处理后出水的 Chl-aChl-a浓度很低，全年平均去浓度很低，全年平均去除率为除率为 8686％。芦苇的除藻功能主要是由于其叶％。芦苇的除藻功能主要是由于其叶片能够阻挡阳光的辐射，抑制藻类的生长，使其片能够阻挡阳光的辐射，抑制藻类的生长，使其腐烂，分解，沉淀。另外，污水流经芦苇时，芦腐烂，分解，沉淀。另外，污水流经芦苇时，芦苇的根系能过滤吸附藻类。苇的根系能过滤吸附藻类。

0

50

100

150

200

250

300

3509-

28

10-1

8

11-7

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7

12-1

7

1-6

1-26

2-15 3-7

3-27

4-16 5-6

5-26

6-15

监测日期

SS/m

g.L

1－

0%

20%

40%

60%

80%

100%

/%去

除率

HRAP 二级 水生生物塘 去除率

水生芦苇对 SS 的去除效果

　与　与 ChlChl-a-a 去除相似，水生芦苇对去除相似，水生芦苇对 SSSS 的去除的去除率平均为率平均为 75%75% ，出水，出水 SSSS 平均为平均为 34.4mg/L34.4mg/L 。。 2020

0909 年年 33 月份以后，月份以后， SSSS 去除效果提高，平均出水去除效果提高，平均出水浓度只有浓度只有 11.7mg/L11.7mg/L ，平均去除率达，平均去除率达 9393％。％。

0

50

100

150

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350

9 10 11 12 1 3 4 5 6

月份

COD

DCOD

/mg.

L（

）1

－

0%

20%

40%

60%

80%

DCOD

/%去

除率

COD进水 COD出水 DCOD出水 DCOD去除率

水生芦苇对 COD 的去除效果

　　　　芦苇塘进水芦苇塘进水 CODCOD随时间呈逐渐增加趋势，而随时间呈逐渐增加趋势，而出水出水 CODCOD 则比较稳定。芦苇塘对则比较稳定。芦苇塘对 CODCOD 去除率全去除率全年平均为年平均为 70%70% 。显示了水生芦苇对有机污染物有。显示了水生芦苇对有机污染物有较好的去除能力。较好的去除能力。

0

10

20

30

40

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60

70

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3

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8

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2-12

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3-12

3-26 4-9

4-23 5-7

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监测日期

TN/m

g.L

浓度

-1

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70%

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/去

除率

％

进水 出水 去除率 去除率拟合线

水生芦苇对 TN 去除效果

芦苇能进一步降低水中氮的浓度，这是由于芦芦苇能进一步降低水中氮的浓度，这是由于芦苇的生长繁殖需要吸收水体中的无机氮，藻类的苇的生长繁殖需要吸收水体中的无机氮，藻类的分解沉降能降低出水中有机氮的浓度。芦苇塘塘分解沉降能降低出水中有机氮的浓度。芦苇塘塘深达深达 0.6m0.6m ，具有兼性塘的特征，会存在缺氧层，，具有兼性塘的特征，会存在缺氧层，利于硝酸盐氮的反硝化。利于硝酸盐氮的反硝化。

　　　　　　

0

1

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3-26 4-9

4-23 5-7

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监测日期

TP/m

g.L

浓度

1－

0%

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/%去

除率

进水 出水 去除率 去除率拟合线

水生芦苇对 TP 去除效果

芦苇塘对芦苇塘对 TPTP 的全年平均去除率为的全年平均去除率为 2525％。％。与系统与系统 TNTN 去除的规律相似，去除的规律相似， TPTP 的去除效果在的去除效果在季节变化上也是夏季好于秋季，冬季最差，但季季节变化上也是夏季好于秋季，冬季最差，但季节间的差别没有节间的差别没有 TNTN那样明显。那样明显。

水生植物去除水体Ｎ、Ｐ静态模拟实验装置

示范工程提升泵房和中控室

示范工程菌藻芦苇塘

示范工程曝气鱼塘

曝气鱼塘机械充氧装置

出水排入武宜运河

结论

实验证明，水解酸化池可改善生活污水的可生

化性，有利于提高后续菌藻芦苇塘的处理效率，

提升集成工艺运行的稳定性。

结论

菌藻塘系统具有启动简单、氮磷去除效率较高、

投资省、维护简单等优点，适合在农村地区用

于生活污水的处理。

结论

在菌藻塘后端种植芦苇，通过遮阳、生物链抑

制和物理沉淀三者协同作用较好的去除了菌藻

塘出水中的藻类。就其除藻性能而言，水生芦

苇是一种有效的去除藻类的水生植物，与菌藻

塘可以达到较好的结合。

请各位专家批评指正！

谢谢！