在新農(nóng)村建設(shè)及城市化進(jìn)程中，農(nóng)村生活污水處理是一個(gè)熱點(diǎn)問(wèn)題。農(nóng)村生活污水來(lái)源于廚房污水、個(gè)人衛(wèi)生和家庭清潔污水及人畜糞便污水3個(gè)方面，基本不含重金屬和有毒有害物質(zhì)，有機(jī)物及氮、磷含量較高(COD一般為800～1200mg/L，TP、TN、NH4+-N的質(zhì)量濃度分別為4～6、20～40、10mg/L)，可生化性強(qiáng)。農(nóng)村生活污水大多通過(guò)雨污合流明渠排放，部分經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)或新建移民新村，農(nóng)戶居住集中，人口密集，具有較完善的污水收集管網(wǎng)，適于生活污水集中式處理。

農(nóng)村生活污水

A2/O工藝可以實(shí)現(xiàn)同步脫氮除磷且工藝簡(jiǎn)單得到迅速發(fā)展;動(dòng)態(tài)膜生物反應(yīng)器(DMBR)作為一種新型城鎮(zhèn)污水深度處理技術(shù)，具備傳統(tǒng)膜生物反應(yīng)器(MBR)出水水質(zhì)好、占地面積小、產(chǎn)泥率低等優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)過(guò)濾通量大、反沖洗較方便，使其成為一種能克服MBR不足的潛在技術(shù)。粉煤灰是電廠產(chǎn)生的工業(yè)固體廢物，其在污水處理中有實(shí)際應(yīng)用。

目前針對(duì)A2/O-DMBR組合工藝及粉煤灰處理污水的研究報(bào)道較多，但聯(lián)合應(yīng)用研究沒(méi)有報(bào)道。本研究針對(duì)農(nóng)村生活污水水質(zhì)特性，采用A2/O-DMBR組合工藝研究投加改性粉煤灰對(duì)脫氮除磷效能的影響及相關(guān)性分析，以期為農(nóng)村生活污水處理的工程實(shí)踐提供實(shí)驗(yàn)依據(jù)。

1實(shí)驗(yàn)部分

1.1裝置及運(yùn)行

2套平行小試裝置：反應(yīng)器A未投加改性粉煤灰，反應(yīng)器B投加改性粉煤灰。裝置由厭氧池、缺氧池、好氧池(膜池)組成，反應(yīng)器有效容積為42L，其中厭、缺、好氧池的容積分別為10、10、22L。所有流體的控制均采用蠕動(dòng)泵控制。如圖1所示。


實(shí)驗(yàn)共運(yùn)行35d，第1-5天為污泥培養(yǎng)和馴化階段，第6-35天為改性粉煤灰強(qiáng)化A2/O-DMBR處理農(nóng)村生活污水效能實(shí)驗(yàn)階段。裝置運(yùn)行參數(shù)：水溫15～25℃，總HRT為12h(厭氧池3h、缺氧池3h、好氧池6h)，好氧池污泥的質(zhì)量濃度5～6g/L，內(nèi)循環(huán)回流體積比250%，缺氧池、好氧池DO的質(zhì)量濃度分別<1.0、2.5～3.5mg/L，pH為7.2～8.0，污泥齡21d。

1.2實(shí)驗(yàn)材料膜材料。

尼龍布：篩孔48μm，有效面積0.2m2。

粉煤灰。取自合肥某發(fā)電廠，其主要成分SiO2、Al2O3、Fe2O3、CaO、MgO、Na2O、K2O的質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為47.55%、31.97%、10.8%、4.06%、0.83%、0.64%、0.64%，燒失質(zhì)量分?jǐn)?shù)4.39%。改性的制備：將1mol/L的H2SO4溶液和2mol/L的HCl溶液按1:1的體積比制備混合酸溶液，按照灰水質(zhì)量比1:1將粉煤灰與混合酸溶液充分混合(室溫下攪拌)，經(jīng)靜置、烘干、碾磨，即得到改性粉煤灰。

實(shí)驗(yàn)用水為巢湖周邊農(nóng)村生活污水，其COD和TP、TN、NH4+-N的質(zhì)量濃度分別為400～500mg/L和4～5、25～35、15～25mg/L。

1.3分析方法及儀器

COD和TP、TN、NH4+-N含量的檢測(cè)均采用國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)方法。

主要儀器有T6新世紀(jì)紫外可見(jiàn)分光光度計(jì)、TU1901雙光束紫外可見(jiàn)分光光度計(jì)。

1.4統(tǒng)計(jì)學(xué)分析

本研究數(shù)據(jù)分析用Origin9.0進(jìn)行非線性擬合，SPSS Version 19.0進(jìn)行相關(guān)性分析。

2結(jié)果與討論

2.1投加量對(duì)去除效果的影響

改性粉煤灰投加量對(duì)污染物去除效果的影響見(jiàn)圖2。


由圖2可以看出，隨著改性粉煤灰投加量的增加，污染物去除率的逐漸上升。投加量為1.0g/L時(shí)COD、TP、TN和NH4+-N去除率達(dá)到峰值或接近峰值，分別為94.27%、92.43%、76.87%、95.6%;之后再增加改性粉煤灰的投加量污染物去除率的增加十分緩慢。考慮后期泥水分離等因素，粉煤灰的適宜投加量為1.0g/L。

2.2相關(guān)性分析

表1為改性粉煤灰投加量與進(jìn)出水COD和TP、TN、NH4+-N含量及去除率的相關(guān)性分析。


由T檢驗(yàn)可知，進(jìn)水COD與進(jìn)水TP、TN含量的相關(guān)系數(shù)有高度顯著性(TP，t=5.17>t0.01，P<0.01;TN，t=3.454>t0.01，P<0.01)，表明農(nóng)村生活污水主要為含氮磷的有機(jī)污水。投加改性粉煤灰與TN、NH4+-N去除率的相關(guān)系數(shù)有顯著性(TN，t=2.602 >t0.05，P< 0.05;NH4+-N，t=3.218>t0.05，P<0.05)，與COD、TP去除率的相關(guān)系數(shù)有高度顯著性(COD，t=10.172>t0.01，P<0.01;TP，t=16.36> t0.01，P<0.01)，表明改性粉煤灰對(duì)污染物去除有強(qiáng)化影響，其中對(duì)COD、TP的去除影響較大。

2.3強(qiáng)化去除污染物效果對(duì)比

改性粉煤灰強(qiáng)化去除污染物效果見(jiàn)圖3～圖6。


由圖3可看出，反應(yīng)器進(jìn)水負(fù)荷有波動(dòng)，反應(yīng)器A、B均能達(dá)到較高的COD去除率，分別為86.78%、95.32%，且反應(yīng)器B出水COD一直穩(wěn)定在50mg/L以下，達(dá)到GB 18918-2002的一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)。伍昌年等研究結(jié)果表明，改性后的粉煤灰表面變得粗糙、孔隙率增加、比表面積增大，具有較強(qiáng)的吸附性能[9]。這種特殊的結(jié)構(gòu)為微生物提供了更適宜生長(zhǎng)的附著場(chǎng)所，改善了生長(zhǎng)環(huán)境，促進(jìn)污泥繁殖。另一方面，反應(yīng)器A運(yùn)行到第21天時(shí)跨膜壓力急劇上升，COD去除率呈下降趨勢(shì)，而反應(yīng)器B仍運(yùn)行穩(wěn)定，說(shuō)明改性粉煤灰能夠通過(guò)延緩膜污染來(lái)提高出水指標(biāo)。

由圖4可以看出，在反應(yīng)器運(yùn)行期間，反應(yīng)器A出水TP含量始終高于反應(yīng)器B，出水平均質(zhì)量濃度分別為1.3、0.302mg/L，平均去除率分別為71.16%和93.26%。改性粉煤灰表面帶有大量正電荷離子，在靜電引力的作用下使磷酸根離子與之吸附結(jié)合。Yan等等研究發(fā)現(xiàn)，粉煤灰對(duì)磷酸鹽具有很好的滯留能力，且這個(gè)過(guò)程是不可逆過(guò)程;經(jīng)改性后的粉煤灰能夠起到混凝吸附架橋作用，為聚磷菌提供了良好的生長(zhǎng)環(huán)境，污泥含量上升，水中TP含量進(jìn)一步降低。


由圖5可以看出，反應(yīng)器A、B在運(yùn)行過(guò)程中保持較穩(wěn)定的NH4+-N去除率，反應(yīng)器B去除NH4+-N效果更優(yōu)，比反應(yīng)器A提高4.87個(gè)百分點(diǎn)。NH4+-N含量降低，一是微生物的同化作用，二是NH4+-N經(jīng)過(guò)好氧段的硝化作用轉(zhuǎn)化為NO3--N。在好氧段改性粉煤灰使有機(jī)物含量降低，異養(yǎng)菌對(duì)硝化細(xì)菌的抑制作用有所緩和，硝化細(xì)菌大量繁殖，NH4+-N去除率隨之升高;趙統(tǒng)剛等研究發(fā)現(xiàn)，粉煤灰對(duì)NH4+-N還具有陽(yáng)離子交換作用，其機(jī)理是NH4+將粉煤灰中Ca2+、Mg2+置換出來(lái)，從而將NH4+-N去除。


由圖6可以看出，反應(yīng)器A、B出水TN的質(zhì)量濃度分別為7.89、6.52mg/L，相應(yīng)平均去除率分別為73.34%、77.98%。從反應(yīng)器出水可以看出，以反硝化菌為基礎(chǔ)，小試裝置很好的實(shí)現(xiàn)了反硝化脫氮過(guò)程。改性粉煤灰表面呈蜂窩狀，在吸附絮凝作用下，反硝化菌以此為載體進(jìn)行繁殖、再生的同時(shí)，完成反硝化過(guò)程;再者，NO3-與改性粉煤灰中次生帶正電荷的硅酸鈣、硅酸鋁之間形成離子交換或離子對(duì)吸附，隨污泥排出系統(tǒng)。

3結(jié)論

投加改性粉煤灰對(duì)農(nóng)村生活污水脫氮除磷有強(qiáng)化作用。A2/O-DMBR小試裝置在COD/ρ(TN)為12～14、內(nèi)循環(huán)回流體積比250%、污泥回流體積比80%時(shí)，投加改性粉煤灰可以實(shí)現(xiàn)COD、TP、TN和NH4+-N的同步去除，比不投加改性粉煤灰去除率分別提高8.54個(gè)、22.1個(gè)、4.64個(gè)、4.87個(gè)百分點(diǎn)，出水污染物含量均能達(dá)到GB 18918-2002一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)。