A_RPIR一体化设备处理农村生活污水的研究.pdf

第41卷第8 期2023年8 月文章编号：10 0 9-7 7 6 7(2 0 2 3)0 8-0 2 9 6-0 8Vol.41,No.8Journal of Municipal TechnologyAug.2023D0I:10.19922/j.1009-7767.2023.08.296A/RPIR一体化设备处理农村生活污水的研究张建建，张其殿*（清研环境科技股份有限公司，广东深圳518 0 57)摘要：目前我国农村生活污水具有水量小、布局分散、水质波动大等特点，农村生活污水处理设施存在工艺相对单一、自动化程度不高、抗冲击能力弱及运营管理复杂等缺点，急需一种具有运输方便、安装快捷、占地面积小、运营管理简单、出水水质稳定等特点的一体化设备。因此，研究设计了一种缺氧十快速生化反应沉淀（A/RPIR）一体化设备，现场试验证明该设备在设计水质和水量范围内出水水质能够稳定达到DB32/3462一2 0 2 0 农村生活污水处理设施水污染物排放标准中的一级A标准，且抗水量冲击能力强；当进水量在设计水量1.5倍范围内时，出水水质仍可稳定达标。同时该A/RPIR一体化设备基本能实现无人值守，特别适用于人口分散型村庄生活污水治理。关键词：农村生活污水；A/RPIR一体化设备；污水处理；无人值守中图分类号：X703.3Research on the Treatment of Rural Domestic Sewage with(Qingyan Environment Technology Co.,Ltd.,Shenzhen 518057,China)Abstract:At present,rural domestic sewage has the characteristics of small water volume,scattered layout and wa-ter quality fluctuates greatly in China.The rural domestic sewage treatment has the disadvantages of relatively singletechnology,low automation,weak impact resistance and complex operation and management.An integrated equip-ment with convenient transportation,fast installation,small area,simple operation and management,and stableeffluent quality is urgently needed.This study designed a hypoxia&reaction and prediction integrated bio-reactor(A/RPIR)integrated equipment,which was tested that the effluent water quality stably by the equipment meets theClass A standard in the DB 32/3462-2020“Discharge standard of water pollutants for rural domestic sewage treatmentfacilitieswithin the designed water quality and quantity range,and has strong water impact resistance;When theinlet water volume exceeds the design water volume by 1.5 times,the effluent is still stable and meets the standard.At the same time,the A/RPIR integrated equipment can basically unattended operate which is especially suitablefor the sewage treatment of population dispersed villages.Key words:rural domestic sewage;a hypoxia&reaction and prediction integrated bio-reactor(A/RPIR)integratedequipment;sewage treatment;unattended operation文献标志码：AA/RPIRIntegratedEquipmentZhang Jianjian,Zhang Qidian*生活污水随意排放是造成农村环境污染的重要原因之一，未经处理的生活污水直接排放会将各收稿日期：2 0 2 3-0 4-2 3作者简介：张建建，男，工程师，学士，主要从事市政设计及水环境治理工作。通讯作者：张其殿，男，高级工程师，硕士，主要从事市政设计及水环境治理工作。引文格式：张建建，张其殿.A/RPIR一体化设备处理农村生活污水的研究.市政技术，2 0 2 3，41（8）：2 96-30 3.（ZHANGJJ,ZHANGQD.Research on the treatment of rural domestic wastewater with A/RPIR integrated equipment J.Journal of municipal technology,2023,41(8):296-303.)类污染物带人河流，引起水体富营养化及其他浮游生物繁殖。相对于较完善的城市污水收集处理体系第8 期而言，农村地区由于排水管网不健全、经济基础薄弱等缘故，较大规模地集中处理生活污水在现阶段并不可行。考虑到农村生活污水具有分散、水量小的特点,采用小型一体化污水处理设备是较合适的选择。目前我国市场上的一体化污水处理设备采用的工艺多数为生物膜法、活性污泥法和生态法等，每种工艺都有其优缺点1。同时在农村存在污水治理观念淡薄、资金投入不足、污水处理技术实用性差及缺乏长效的运行机制等问题2,导致现有的大部分一体化污水处理设备很难在农村生活污水治理过程中发挥真正的功能。针对现有一体化污水处理设备存在的问题，研究一种占地少、能耗低、投资省、管理简单、抗冲击能力强、出水稳定及自动化程度高的一体化污水处理设备，以有效解决当前农村生活污水治理的难题，其意义重大3-10 1试验装置设计笔者设计了1台缺氧十快速生化反应沉淀（A/RPIR）一体化设备来进行试验研究。试验研究地点位于盐城响水县某村内，设计水量为50 t/d,设计工艺流程为“进水调节池一A/RPIR一体化设备一达标出水”，设计出水水质执行DB32/34622020农村生活污水处理设施水污染物排放标准中的一级A标准。1.1RPIR工艺介绍RPIR工艺主要应用于农村、乡镇、市政等领域。其原理为活性污泥法，其生化处理区利用了气提理论，通过设置固液分离结构，在反应区实现环流，一方面提高了氧传质效率，促进空气、微生物和水体三相的接触反应；另一方面为活性污泥和水体的分离提供了良好的条件，将有效的微生物充分截留下来,集生化反应和沉淀分离于一体。同时，又因其巧妙的全钢导流结构，无易损部件，不存在堵塞问题，全寿命免维护。RPIR工艺如图1所示。RPIR设备已经在市政污水、农村生活污水以及各类工业废水处理中得到了大规模的成功应用。实践证明,RPIR工艺具有很多传统生化工艺无法达到的优点1-12,主要表现在以下几个方面：1)混合液流态稳定，污泥性状好、沉降性能优异。RPIR设备中的反应沉淀池通过曝气提供的气升动力，在模块与池体之间形成稳定的环流，污泥与张建建等：A/RPIR一体化设备处理农村生活污水的研究曝气混合区。底部布水：图1RPIR工艺示意图Fig.1 Schematic diagram of RPIR process污染物接触充分，同时在气体搅拌和水力剪切的协同作用下，更有利于污泥的沉降和泥水分离。2)反应沉淀一体化，污泥浓度高，水力停留时间短，占地面积小，设备投资省。反应沉淀池将模块与构筑物结合,形成了反应沉淀一体的独特结构,缩短了污泥回流的过程，污泥在模块内直接沉淀至曝气区域,达到了截留活性污泥的效果，有效提高了活性污泥的浓度。同时因巧妙的结构设计，传氧效率得到提升。在高污泥浓度和高传氧效率的双重作用下，生化反应的速度得到加快，从而缩短了水力停留时间。3污泥无动力全回流，节能效果明显，运行费用低。反应沉淀池集生化反应与沉淀分离于一体,在曝气完成污染物降解的同时，利用曝气提供的气升动力完成污泥回流，取消了原有的污泥回流泵。设备数量的减少,降低了整个系统的用电负荷，从而降低了设备维护保养费及电费。4)启动快，运行稳定，抗冲击能力强，管理方便。高效的生化反应速率使得活性污泥中的微生物能够快速适应环境，稳定降解污水中的污染物。同时反应沉淀池具有高浓度的活性污泥，因此，即使有冲击负荷存在,在高浓度的活性污泥和高效的生化反应作用下，生化系统也能迅速得到恢复。5)生物相丰富，系统稳定性强。由于反应沉淀池对污泥的高效截留作用，使得世代周期较长的微生物以及不易形成菌胶团的微生物得以富集和繁殖，从而在整个生物相内形成生物富集和共代谢作用，并形成较为完整的微生物链,大大提高处理效率和系统的稳定性。6)设备运行可靠，自动化程度高。设备可在手机APP或电脑客户端上实时进行操控，实现无人值守。29725泥水分离区RPIR模块泥水分离区RPIR模块曝气混合区泥水分离区RPIR模块2981.2调节池及A/RPIR一体化设备设计调节池：钢筋混凝土地下结构，尺寸为4.0 m3.0mx4.0m，配有1台提篮格栅（间隙10 mm）、2 台潜水提升泵（流量6 m/h,变频可调）。A/RPIR一体化设备：不锈钢地上结构，尺寸为6.5mx2.5mx3.0m,其中缺氧区尺寸为1.0 mx2.5mx3.0m，停留时间3.2 h;RPIR区尺寸为3.0 m2.5mx3.0m，好氧停留时间7.5h，沉淀停留时间1.5h；砂滤区尺寸为0.8 mx1.0mx3.0m，滤速2.6 m/h；清水区尺寸为1.7 m1.0m1.2m；设备区尺寸为1.5m2.5mx3.0m。其平面布置如图2 所示。1250125000000000S9000100SFig.2 Plane figure of A/RPIR integrated equipment试验研究进水采用该村的生活污水，来水先经过提篮格栅，有效去除塑料、纸质及颗粒较大的物质；再自流进入调节池，经过水质、水量调节后，通过潜水提升泵提升至A/RPIR一体化设备内。污水首先进人缺氧区（该区底部无曝气盘），与回流的硝化液进行反硝化脱氮；再自流进入RPIR区（该区底部设有曝气盘)进行好氧生化沉淀反应，结合化学除磷的作用,在该区高效地去除污水中的COD、BO D s、T P、NH3-N及SS等；最后经砂滤过滤后自流进人清水池，实现达标排放。A/RPIR一体化设备流程如图3所示，A/RPIR一体化设备现场照片如图4所示。2试验过程1)准备阶段2022年3月，完成A/RPIR一体化设备加工图纸的绘制和配套设备的采购。2022年4月，开始在车间加工生产A/RPIR一体Journal of Municipal Technology2.00030001700800图2 A/RPIR一体化设备平面图第41卷达标排放A/RPIR一体化设备进水调节池图3A/RPIR一体化设备流程图Fig.3 Flowchart of A/RPIR integrated equipment快速生化污水处理一体化设备2022.05.2917:10000t地点 水县湾港村图4A/RPIR一体化设备现场照片Fig.4 A/RPIR integrated equipment photo化设备，同时在现场进行调节池和设备基础的土建施工。2022年5月底，完成土建施工、A/RPIR一体化设备就位及厂区管道电气安装。2)调试阶段2022年6 月上旬，完成A/RPIR一体化设备的单机调试、联动调试以及活性污泥的投加。3试验阶段2022年6 月12 日起，通过潜水提升泵的变频控制，使得试验装置按照设计水量运行，每日定时完成进出水的取样（进水取水口位于潜水提升泵的出口管道上）、电表和水表读数的记录、各区污泥浓度和溶解氧浓度的记录、3kg有效成分为30%的固体PAC的稀释和投加,不定时地利用APP操控各设备；化验人员每日定时完成送检水样的检测；为期30 d，测验试验装置的出水稳定性。2022年7 月12 日起，开启针对该试验装置的抗冲击能力的测试。通过潜水提升泵的变频控制，按照10%的比例逐步提高进水量，直至进水量为设计水量的1.5倍，每日定时完成进出水的取样、电表和水表读数的记录、各区污泥浓度和溶解氧浓度的记录、PAC的配制和投加，不定时地利用APP查看各设备的运行状态；化验人员每日定时完成水样的检测；为期第8 期15d,测验试验装置的抗冲击能力。期间通过排泥控制RPIR区的污泥质量浓度维持在40 0 0 mg/L左右。3试验结果分析ARPIR一体化设备占地面积为2.5x6.5=16.25m,300250(1/)/20020015010050张建建等：A/RPIR一体化设备处理农村生活污水的研究299折合吨水占地面积为0.32 5m/t，具有占地面积小的特点。同时在此次试验阶段，无设备进行维护，无易损部件，管理方便，全程可远程操控。3.1COD去除效果分析试验阶段进出水COD数据如图5所示。进水COD-O出水COD76一日处理水量7268(P/e叫)/一水T日64605652484440月21807月2 5日日期图5进出水COD数据Fig.5 COD data of inlet and outlet water从图5可以看出，进水COD质量浓度最低时为133.1mg/L，最高时为2 54.4mg/L,80%覆盖率为206.1mg/L;出水COD质量浓度为19.33 6 2.9mg/L。在设计范围内COD负荷为0.152 kgCOD/(kgMLSSd)(RPIR区污泥质量浓度为40 0 0 mg/L),能够稳定达到DB32/34622020农村生活污水处理设施水污染物排放标准中的一级A标准（COD60 mg/L)。当进水量达到设计水量的1.5倍时，COD负荷为0.228kgCOD/(kgMLSSd),出水水质才出现超标情况。体现出该一体化设备具有较强的COD去除能力和抗冲击能力。3.2NH3-N去除效果分析试验阶段进出水NH3-N数据如图6 所示。从图6 可以看出，进水NH3-N质量浓度最低时为13.8 6 mg/L，最高时为37.12 mg/L,80%覆盖率为29.09mg/L;出水NH,-N质量浓度为3.0 2 4.47 mg/L。试验全过程出水NH3-N质量浓度均能稳定达到DB32/3462一2 0 2 0 农村生活污水处理设施水污染物排放标准中的一级A标准(NHs-N8mg/L)。体现出该一体化设备具有较强的NHs-N去除能力和抗冲击能力。3.3TN去除效果分析试验阶段进出水TN数据如图7 所示。从图7 可以看出，进水TN质量浓度最低时为17.39mg/L，最高时为38.0 4mg/L，8 0%覆盖率为35.39mg/L；出水TN质量浓度为6.56 2 0.7 3mg/L。在设计范围内反硝化负荷为0.0 5kgTN/（k g M LSSd)（缺氧区污泥质量浓度控制在30 0 0 mg/L），能够稳定达到DB32/34622020农村生活污水处理设施水污染物排放标准中的一级 A标准(TN20 mg/L)。当进水量达到设计水量的1.5倍时，反硝化负荷为0.075kgTN/kgMLSSd)，出水水质才出现超标情况。体现出该一体化设备具有较强的TN去除能力和抗冲击能力。市放技术300Journal of Municipal Technology403530(T/&u)/x鲁N-HN25201510第41卷80进水NH,-NO-出水NH,-N76日处理水量7268(P/w)/鲁日64605652484440月25日期图6 进出水NH3-N数据Fig.6 NH,-N data of inlet and outlet water403530(T/)/鲁NL25201510580进水TNO出水TN76-日处理水量726864（P/）/一兆日6056524844409日1日月21月237月2 5日日期图7 进出水TN数据Fig.7 TN data of inlet and outlet water3.4SS去除效果分析试验阶段进出水SS数据如图8 所示。从图8 可以看出，进水SS质量浓度最低时为124mg/L,最高时为18 6 mg/L,80%覆盖率为17 1mg/L;出水SS质量浓度为5.0 9.0 mg/L。在设计范围内RPIR区表面沉淀负荷为0.7 m/（m h）,石英砂滤速为2.6 m/(mh），当进水量达到设计水量的1.5倍时，RPIR区表面沉淀负荷为1.0 5m/（m h），石英砂滤速为3.9m/（m h）,出水SS质量浓度均能稳定达到DB32/34622020农村生活污水处理设施水污染物第8 期200175150(1/u)/x鲁(ss125100755025张建建等：A/RPIR一体化设备处理农村生活污水的研究月2530180进水SSo出水SS76日处理水量7268(P/）/一T日646056524844-O40日期图8 进出水SS数据Fig.8 SS data of inlet and outlet water排放标准中的一级A标准(SS20mg/L)。体现出该一体化设备具有较强的SS去除能力和抗冲击能力。5.04.54.03.5(1/su)/鲁dL3.02.52.01.51.00.50.03.5TP去除效果分析试验阶段进出水TP数据如图9所示。进水TPO出水TP76一日处理水量726864(P/u）/日605652484440日2807月25日期图9 进出水TP数据Fig.9 TP data of inlet and outlet water从图9 可以看出，进水TP质量浓度最低时为1.33mg/L,最高时为4.53mg/L,80%覆盖率为3.2 7 mg/L；出水TP质量浓度为0.2 3 0.48 mg/L。试验全过程辅以每日定量3kg有效成分30%的PAC的投加，出水市放技术302Journal of Municipal TechnologyTP质量浓度均能稳定达到DB32/3462一2 0 2 0 农村生活污水处理设施水污染物排放标准中的一级A标准(TP1.0mg/L)。体现出该一体化设备具有较3836(P/MY)/鲁申鲜日母3432第41卷强的TP去除能力和抗冲击能力。3.6耗电量分析试验阶段一体化设备的耗电量数据如图10 所示。0.80.7(/4M)/0.6一每日耗电量一吨水电耗0.53028试验阶段每日耗电量均值为33.5kWh，吨水电耗均值为0.6 3kWh。体现出该一体化设备具有电耗低的特点。4结论1)A/RPIR一体化设备具有占地面积小、运行能耗低、管理简单、无易损部件及自动化程度高等特点。2)在正常设计范围内,A/RPIR一体化设备出水效果好，出水水质能够稳定达到DB32/3462一2 0 2 0农村生活污水处理设施水污染物排放标准中的一级A标准。3)进水量在设计水量1.5倍范围内，出水水质仍可稳定达标，表明A/RPIR一体化设备具有很强的抗冲击能力。MET参考文献【1王波,刘春梅，赵雪莲，等.我国村镇生活污水处理技术发展方向展望J.环境工程学报，2 0 2 0,14（9）：2 318-2 32 5.（WANGB,LIU C M,ZHAO X L,et al.Development trend of rural sewagetreatment technology in ChinaJ.Chinese journal of environmen-0.427月2 5日日期图10 一体化设备耗电量数据Fig.10 Power consumption data of the integrated equipment【2 李鹏峰，孙永利，隋克俭，等.我国农村污水处理现状问题分析及治理模式探讨J.给水排水，2 0 2 1,57(12)：6 5-7 1.（LIPF,SUN Y L,SUI K J,et al.Analysis on the present situation anddiscussion on its treament mode of rural sewage treatment in ChinaJ.Water&wastewater engineering,2021,57(12):65-71.)3杨晓英，袁晋，姚明星，等.中国农村生活污水处理现状与发展对策：以苏南农村为例J.复旦学报（自然科学版）,2 0 16，55(2):183-188.(YANG X Y,YUANJ,YAO M X,et al.Currentsituation and development countermeasures of rural domesticsewage treatment in China:taking rural areas in southern Jiangsuas an exampleJ.Journal of Fudan University(natural science),2016,55(2):183-188.)4田娇，王玉军，梁小萌，等.农村污水处理技术现状及发展前景J.环境科学与管理,2 0 10(5)：8 3-8 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