乡村生活污水源分离-分质处理的工艺基础研究

In terms of current limited factors of technology and cost of on-site integrated sewage treatment devices, this project puts forward an innovative technology about respective/synergistic source-separated sewage treatment, and studies on the technology principle, which strengthens the existing technology and weaken the cost. Compared with the technology of mixing sewage, the technology of respective source-separated sewage will be proved to have its own characteristics and its setting guide will be put forward. The synergistic zone will be decided according to the result of optimization experiment, and the feasibility of synergistic effect will be confirmed. The process of removal of nitrogen and carbon will be used to describe the principle of synergistic technology, and its setting guide will be also put forward. Referring to the designing principle of integrated devices, kinds of integrated experimental installations which are based on the respective/synergistic technology will be set up. Furthermore, it’s probable to develop a groundbreaking technology about on-site integrated sewage treatment, which has a significance to improve the environment and fulfill the policy.

本项目针对目前就地一体化污水处理设备所遇到的工艺及成本瓶颈，开创性地提出了一种生活污水源分离-分质独立/协同处理的新工艺，并对其工艺原理开展研究，旨在冲破现有工艺效果的天花板，同时刷新成本低价。分别对源分离后的轻重污水工艺流程开展优化实验，以及对比研究轻重污水与混合污水的原则性工艺流程，揭示乡村生活污水分质独立处理的特性并提供工艺设置指南；对发生协同处理环节的选择进行优化，证明分质协同处理工艺的可行性，通过着重阐述脱氮降碳的过程来揭示协同处理的机理并给出工艺设置指南；参考一体化设备的设置原则，设计一类可以遂行源分离-就地分质独立/协同处理的一体化反应器。在此基础上，本项目有望开发具有颠覆性意义的就地一体化污水处理设备技术，对践行我国乡村厕所革命有重要意义。

对生活污水进行分户处理是乡村污水处理的重要形式，典型如日本分户净化槽技术。分户处理设备对反应器容积的需求是影响系统建设成本的关键因子。经过40多年研发与大规模应用，在常规混合排水的工艺下，分户污水处理设备的体积-性能比已经逼近一个极限。如何大幅降低分户污水处理设备的体积，从而突破制造-运输-安装的成本下限，是一个世界级的难题。本项目利用分户处理在污水分质收集上的便利，提出通过排水工艺创新突破污水处理难题的创新思路。将厕所废水与洗涤废水分别收集，然后根据各自的水质水量特点先分别进行处理，再在流程的后段将两股水混合进行协同的处理，从而大幅提升分户处理设备体积-性能比。.基于分户厕所废水高氨氮和间隙性排放的特点，项目提出了“部分亚硝化-厌氧氨氧化”的工艺主线，旨在突破生活污水分户处理高效脱氮的难题。结果表明，经过厌氧预处理的分户厕所废水可以自发启动并稳定实现部分亚硝化的反应。.通过开展部分亚硝化反应、厌氧氨氧化反应、污水协同缺氧及好氧反应的污染物去除效率批次实验，并利用Michaelis-Menten方程对实验结果进行拟合，并结合分户设备的实际运行场景确定了部分亚硝化室、厌氧氨氧化室及协同好氧反应室的设计水力停留时间。.基于小试装置运行研究的结果，完成了中试装置的设计优化与装置搭建。通中试装置的运行研究，证实了分质-协同工艺设备化应用的技术可行性。液体温度在15~18℃范围内时，中试装置出水COD、氨氮与总氮浓度分别为28 mg/L，6.3 mg/L，19.0 mg/L。.基于小试与中试装置运行实验的结果，以日本分户净化槽为对照，证实了分质-协同处理工艺可将分户设备的有效体积降低25%，污泥表观产率降低59%，并能显著提升氨氮和总氮的去除效果以及设备运行的稳定性。