转鼓式一体化污水处理装置在农村生活污水处理中的应用

1、转鼓式一体化污水处理装置在农村生活污水处理中的应用摘 要针对我国农村水污染现状严峻，对水体水质造成相当大的危害；农村污水处理技术发展滞后及环境恶化等情况。本课题主要利用生物转盘机理，结合锦溪镇红霞村分散型污水处理示范工程，采用SW一体化污水处理装置进行中试研究，并对工艺出水水质进行检测和分析比较处理效果，确定工艺的适用性；并设计改造新型生物转鼓式一体化污水处理装置，将其与人工湿地等自然处理法相结合；使之处理效果更好，满足农村生活污水直排需求。本课题采用理论分析与实际试验相结合的形式，即在理论设计、中试实验相结合的基础上，结合实际应用，相互印证。理论设计主要是根据现有设计规范中的推荐数据对一体化

2、中试设备进行理论设计并应用于中试设备中，取得监测数据进行分析，得出生物转鼓设计相对准确的设计参数。根据改进参数的生物转盘的中试实验利用了2011年光大环保与锦溪污水处理厂的一次合作，锦溪镇红霞村分散型污水处理示范工程。并相继在锦溪镇共实施了6个自然村庄的生活污水收集和处理，均采用了“集水井+一体化处理装置+人工湿地”的工艺。利用流量计、进出水PH计等一系列在线仪表和测量方法对进出水水质进行监测，并得出全天24小时记录数据，并采用实验室水质分析，对水样中的COD、BOD、总磷、氨氮、总氮及生物膜镜检等指标进行了分析，数据均有记录。通过以上试验方法和数据采集手段，选取一组运行数据进行分析。数据主要

3、来源于2012年间锦溪镇三联村、狭港村和南前村运行的一体化污水处理装置使用的进出水监测情况。进水COD在150-250mg/L之间，氨氮在20-30mg/L范围内，TP一般维持在2-3mg/L。经过详尽的数据处理分析得出：（1）SW一体化污水处理工艺对农村生活污水的COD去除率较高，可达到80%-92%；并且在温度较高时去除效果会更好，对温度变化较为敏感。（2）该工艺对氨氮的去除效果同样比较理想，均达到了72.19%以上，有的甚至达到了96.90%的去除率；脱氮的效率与溶解氧浓 I度密切相关，因此在保证工艺的脱氮效果的前提下，应保证溶解氧浓度满足反应需求。（3）生物膜对磷的去除作用不是很明显，

4、但因为在SW一体化装置之后添加了人工湿地自然生态处理方式，因此，整个反应工艺的除磷率达到了74.12%-92.14之间。对COD、氨氮等几种水质指标进行考察发现，此新型工艺是适合用于处理农村生活污水的。为了进一步提高一体化污水处理装置出水水质以完全满足苏州地区一级A排水标准，提出了两种可行建议：一是增加深度处理设备、后续加药，这种方法可能会增加设备成本，增加运行材料成本和人工成本，对农村地区来说操作难度大大增加，需要有一定技术的专人负责；二是结合农村生态和村庄环境整治对绿化的建设要求，建设人工生态湿地、种植水生植物，既达到排放标准，又增强了景观效果。 关键词： 农村生活污水， 一体化处理装置，

5、人工湿地，生物转盘II 目 录摘 要 . I Abstract . 第一章 绪论 . 11.1 农村水污染现状 . 11.2 农村生活污水处理技术 . 21.2.1 土壤渗滤技术 . 21.2.2 人工湿地技术 . 21.2.3 蚯蚓生态滤池技术 . 31.2.4 一体化集成装置处理技术 . 31.3研究的目的与意义 . 41.3.1 研究目的 . 41.3.2 研究意义 . 41.4 研究内容和研究方法 . 51.4.1 研究内容 . 51.4.2 研究方法与技术路线 . 5第二章 一体化污水处理装置 . 72.1生物转盘基本原理 . 72.1.1 生物膜净化机理 . 72.1.2 生物膜法

6、特点 . 82.1.3 生物转盘机理 . 92.2 一体化设备工艺简介 . 132.2.1 一体化处理装置发展 . 142.2.2 PDS转鼓式一体化污水处理装置基本原理与技术关键 . 162.3 一体化示范工程 . 192.4 本章小结 . 21第三章 一体化转鼓式污水处理装置技术改进与优化 . 223.1 生物盘片技术方案设计 . 223.1.1 新型生物盘片技术方案 . 223.1.2 新型生物盘片实施方式 . 223.1.3 新型生物盘片与现有技术比较 . 243.2 生物转鼓技术方案设计 . 25-1- 3.2.1 新型生物转鼓技术方案 . 253.2.2 新型生物转鼓实施方式 .

7、263.2.3 新型生物转鼓优缺点分析 . 273.3 一体化转鼓式生活污水处理装置技术方案设计 . 273.3.1 一体化转鼓式生活污水处理装置技术方案 . 283.3.2 一体化转鼓式生活污水处理装置实施方式 . 283.3.3 一体化转鼓式生活污水处理装置优缺点分析 . 333.4本章小结 . 34第四章 一体化污水处理装置去除能力分析 . 354.1 进出水数据监测分析 . 354.1.1 工艺构造 . 354.1.2 数据采集技术手段 . 37 4.1.3 数据收集与分析 . 384.2数据分析结果与讨论 . 394.2.1 COD的去除率 . 394.2.2 氨氮的去除率 . 40

8、 4.2.3 TP的去除率 . 41 4.2.4 人工湿地的处理能力分析 . 424.3 本章小结 . 43第五章 结论 . 44 -2- 第一章 绪论1.1 农村水污染现状随着农村经济的不断发展和城镇化进程的不断推进，农村地区生活水平得到不断提高，对居住环境的要求也越来越高。但同时，农村生活污水的排放量也急剧增加。目前我国城市的污水处理率已经达到了一定的水平，但是在广大农村地区生活污水处理尚处于起步阶段，即使在经济发达的苏南地区也只是最近几年伴随着村庄环境综合整治工程的全面推进而广泛推广。长期以来，由于广大农村缺乏污水治理资金和专业的污水处理技术，同时环境保护和生态可持续意识较为淡薄，使得9

9、0%以上的农村生活污水未经任何处理或简单的渗滤工艺就直接排放河流湖泊，对河流湖泊的水质造成了相当大的危害。农村生活污水主要包括两个方面：（1）厨房、洗涤、冲厕用水，含有有机物、氮、磷和细菌等；（2）养殖及畜禽粪便等废水，主要含有有机物、氮、磷和COD等。考虑到各地的生活习惯、生活水平和生活方式的不同，农村各地的水质水量变化差异较大，其主要特点可以概括为：污水分布广泛且分散、流量小、范围广、污水成分复杂、收集难度大、防治效率率、基本没有处理设施等1 。农村生活污水的直接排放给受纳水体造成了非常直接而严重的污染 2。其中危害最大的，当数生活污水中的高浓度氮磷含量、会使水体富营养化从而造成蓝藻爆发等

10、水体污染事件3 。2007年，无锡太湖蓝藻爆发事件，致使整个无锡市饮用水严重短缺，引起社会群体局部不安。除此之外，排水管网的欠缺和规定去向的无序也加深了农村生活污水的影响，如大量的畜禽类废水未经处理，渗入地下污染地下水，使地下水质逐渐变差，加剧了水资源短缺的紧张局面。当然部分的农村水污染应归结于农业污染如大量化肥农药的不当使用以及农业工业化产生的废气、废水和固废等4，5 。虽然农村水污染受影响的因素多，收集、治理难度大。但农村生活污水的治理是发展新农村建设美丽乡村不可或缺的重要一步，是科学发展和生态文明建设的基本工作。我们要追求农村生活污水无害化排放，就必须探索适合农村生活污水的处理模式。我国

11、农村生活污水的治理工作起步较晚。近年来随着新农村建设、村庄环境综合整治和美丽乡村创建步伐的加快和相关政策的倾斜，一些地方已开始建设示范工程和规模化运行的处理设施，但其治理技术多是借鉴国外已有技术或一些环保公司自行研发的技术不够完善的处理工艺，并不完全适用于国内广大农村地区6 。有些农村污水处理设置在项目验收完成后一直处于停止运行状态，并不能真正的达到处理污水的目 1 的。因此，研究开发一种适合当前农村、特别是苏南水乡地区的水质特点及排放要求的高性能、一体式、地埋式生活污水处理设备显得非常有必要7 。1.2 农村生活污水处理技术污水处理方式主要可以分为集中式污水处理和分散式污水处理两种。集中式污

12、水处理一直是城市污水处理的标准处理系统，用于收集和处理大流量污废水，为绝大多数的城市污水处理所选择。而分散式污水处理是基于没有庞大完善的排水管网的前提下，对地区性分散的用户进行简单收集并处理污废水的一种方式8 。由于广大农村地区村庄分散、集居度小同，在国内农村建立庞大的排水管网系统以收集污废水统一处理是非常不经济的。因此，我国农村的污水处理，只能走小型化、就地化、分散式的污水处理方式的道路9。国内外针对农村生活污水的处理已出现多种技术，如土壤渗滤、人工湿地处理、蚯蚓生态滤池、一体化集成装置处理等技术。各种处理技术各有优缺点，下面简单介绍几种主要的处理技术10 以供比较。1.2.1 土壤渗滤技术

13、11土壤渗滤处理系统，是一种基于自然生态原理的人工强化的污水生态工程处理技术，它充分利用在地表下面的土壤中栖息的土壤微生物、土壤动物和植物根系以及土壤所具有的物理、化学特性把污水净化，属于小型的污水土地处理系统。土壤渗滤处理技术包括慢速渗滤处理技术、快速渗滤处理技术、砂滤处理系统以及毛细管渗滤系统等。在国外，土壤渗滤技术很早就得到了应用和发展。20世纪90年代，国内开始对土壤渗滤技术等自然生态工程系统给予很大关注，同时也进行了大量的应用研究，特别是清华大学在2001年国家“十五”科技攻关项目中对土壤渗滤系统处理滇池流域面源污染中的镇村生活污水进行了研究，并建造了日处理水量35 m3的土壤渗滤系

14、统示范工程，取得了良好的生活污水脱氮除磷效果。土壤渗滤技术的指导思想是节能降耗，整个净化过程是自然生态过程，在这个过程中不会产生任何新的污染物质。这项技术具有基建投资少、处理效率高、操作简便、运行费用低等优点，但也存在运行不稳定、结构单一、脱氮效果不理想等缺点。如果将其与绿地建设结合起来，可改善部分缺点。1.2.2 人工湿地技术12 132 人工湿地是由人工建造和控制运行的与沼泽地类似的地面，将污水、污泥有控制的投配到经人工建造的湿地上，污水、污泥在沿一定方向流动的过程中，主要利用土壤、人工介质、植物、微生物的化学、物理、生物三重协同作用，对污水、污泥进行处理的一种技术。该技术的作用机理包括吸

15、附、滞留、过滤、氧化还原、沉淀、微生物分解、转化、植物遮蔽、残留物积累、蒸腾水分和养分吸收及各类动物的作用。人工湿地系统可以分为三种：自由水面人工湿地处理系统、人工潜流湿地和垂直水流湿地。其具有缓冲容量大、工艺简单、投资省、处理效果好、运行费用低等特点，非常适合中、小城镇的污水处理。人工湿地对污水的处理出水稳定，能够脱氮除磷和去除部分重金属，特别是其投资少、运行费用低的特点引起了广泛关注，我国主要将其运用于农村生活污水处理的应用研究。有研究实例显示，人工湿地系统对NH4-N、TN和TP的去除率分别达到了83%-90%、80%-90%和83%-94%。人工湿地也有显著的缺点，主要是占地面积一般较

16、大、因此不适合土地较缺乏的地区。1.2.3 蚯蚓生态滤池技术14蚯蚓生态滤池，是基于蚯蚓能够提高土壤透水性能并促进有机质分解等转化功能而设计的，同时利用蚯蚓和微生物的协同作用对污水中的各种污染物进行转化和分解，是一种新型的生态污水处理技术。最初该技术是由法国和智利发展起来的生态处理技术，1997年同济大学引进这项技术，在上海曲阳污水处理厂进行了实际应用研究，并自主开发了厌氧水解-高负荷生物滤池组合工艺。同济大学杨健等利用该技术对城镇污水进行了降解处理实验，结果显示该系统对COD去除率达到了83%-88%，氨氮去除率达55%-65%，悬浮物去除率达85%-92%；南京大学李军状等利用塔式蚯蚓生态

17、滤池对集中型农村生活污水进行了处理研究，结果显示对COD、氨氮、总氮和总磷的去除率分别达到了86.7%、91.3%、72.4%和96.2%。大量实际应用研究证明，蚯蚓生态滤池技术是对活性污泥法和其他二级生物处理技术的结合和改进，具有耗能低、氮磷去除效果能力强、出水水质好和污水处理资源化等优点，是一种理想的污水处理的绿色技术。缺点是对技术要求和控制相对较高。1.2.4 一体化集成装置处理技术1516 17一体化生活污水处理装置是以生化反应为基础，将生化、沉淀、污泥回流等多个不同功能的反应器有机结合在同一个构筑物或设备之中而形成的结构紧凑、运行管理方便的污水处理组合体。一体化生活污水处理装置出现至

18、今已经发展和应用了30余 3 年，并相继出现了多种不同形式的一体化处理装置。一体化集成处理装置主要分为一体化活性污泥工艺和一体化膜生物反应器工艺，现分别简单介绍如下。一体化氧化沟属于一体化活性污泥工艺，1954年荷兰Voorschoten研制成功，美国人将其改进并已有近百座投入使用，效果良好。一体化氧化沟工艺流程短、构筑物简单、设备少，运行方式属推流和完全混合相结合的延时曝气，污泥可以得到较好稳定，其特点是产泥量低、污泥膨胀少、能耗低且管理方便，因而得到了国内外广泛的关注。还有其他很多一体化活性污泥工艺：如日本独立发展的净化槽广泛应用于分散式生活污水处理，经净化槽出水，不仅可有效降低氮磷浓度，

19、还可获得高质量出水；SBR工艺兼均化、初沉、生物降解和终沉等功能于一体，占地小、投资省，同时可有效防止污泥膨胀，提高处理能力；UNITANK工艺在三沟式氧化沟基础上开发，自动化程度高、占地省、耐冲击负荷。一体化膜生物反应器同样有各种形式的工艺，主要是在生物接触氧化法和生物流化床等传统生物膜法基础上，通过合并处理单元，开发出一些结构紧凑、占地少的一体化工艺。该工艺的典型代表是新一代生物转筒集成一体化生物转筒反应器（IBDR）。IBDR是集晒滤池、流量控制池、生物转筒反应器和二沉池于一体的新型高效反应器，该工艺主要核心是生物转筒反应器，于1997年由华南理工大学工控学院环保研究室在结合传统生物转盘

20、反应器的基础上研制出来，利用比表面积大的填料代替传统生物转盘的盘片，创造了一个更适合微生物固着生长、更能抵抗外界干扰的环境，处理效果更加稳定、操作更灵活简单，使其更具有应用价值18 1920 。1.3 研究目的与意义1.3.1 研究目的针对我国农村生活污水未经任何处理就排放河流而导致的水污染日趋严重的基本局面，根据农村生活污水的分布分散和水质水量特点，在传统一体化集成装置处理技术基础上，拟开发一种新型一体化生活污水处理装置，并进行中试试验，最终根据出水水质确定该工艺的适用与否，并探讨将其与其他处理工艺相结合的处理效果，为中国农村的生活污水处理提供一种方法和思路。1.3.2 研究意义通过此次课题

21、研究的成果，可以定型一种以生物转鼓为主体的一体化生活污水处 4 理装置。此装置与现有的生活污水处理装置相比较，具有建设周期短、低能耗、低维护、性能稳定、操作强度低等优点，能适用于广大农村生活污水的处理。1.4 研究内容与研究方法1.4.1 研究内容本课题结合昆山市锦溪镇红霞村分散型污水处理示范工程，采用PDS转鼓式一体化污水处理装置进行中试研究，对工艺出水水质进行监测和分析比较处理效果，确定该工艺的适用性。本课题研究的基本内容包括：转鼓式一体化生活污水处理装置的研究内容概述；研究思路、技术要求分析；待定型设备优缺点、理论基础分析、理论设计、产品特点；待定型中试设备的图纸设计及加工方法；中试设备

22、运行情况及日常数据记录，数据分析；对中试数据与理论设计参数进行比较、分析；进行设备定型产品设计参数确定；针对不同区域的进水条件将产品与其它处理工艺（如湿地处理等）相结合处理效果分析；针对一体化污水处理装置在农进行分散式建设集中式管理的可行性分析； 产品的技术改进、提高及市场应用前景展望。1.4.2 研究方法与技术手段研究方法：采用理论与实际应有相结合的形式，即在理论设计、中试实验相结合的基础上，结合实际应有，相互印正。理论设计主要是根据现有设计规范中的推荐数据对一体化中试设备进行理论设计并应有于中试设备中，并取得监测数据进行分析，得出生物转鼓设计相对准确的设计参数。由于该设备已经取得专利，同时

23、笔者因为工作便利条件已经引进该设备在实际应有中，对运行的水样进行全面监测，进一步修正产品。技术手段：在线仪表：流量计、进出水PH计、ORP、水温、主转子电机及回流泵运行时间等采用在线24小时测量的方法，这些数据可以通过数据线与污水厂总控室的控制电 5 脑相连，进行数据贮存，从而降低人工监测的劳动强度。数据是全天24小时均有记录，且可以随时查阅。便携式仪表监测：溶解氧（DO）采用便携式监测的方法，对转子的不同区域、不同深度、二沉池进出水进行溶解氧监测。实验室水质分析：对水样中的COD、BOD、总磷、氨氮、总氮及生物膜镜检等指标均在实验室进行。6 第二章 一体化污水处理装置2.1 生物转盘基本原理

24、2.1.1 生物膜净化机理生物转盘工艺是生物膜法污水生物处理技术的一种。生物膜法是与活性污泥法并列的一类废水生物处理技术，是一种固定膜法，废水中微生物沿固体（可称载体）表面生长的生物处理方法的统称，主要用于去除废水中溶解性的和胶体状的有机污染物，因微生物群体沿固体表面生长成粘膜状，因而得名。生物膜是由高度密集的好氧菌、厌氧菌、兼性菌、真菌、原生动物以及藻类等组成的生态系统，其附着的固体介质称为滤料或载体。生物膜自滤料向外可分为厌气层、好气层、附着水层、流动水层。生物膜法的原理是，生物膜首先吸附附着水层有机物，由好气层的好气菌将其分解，再进入厌气层进行厌气分解，流动水层则将老化的生物膜冲掉以生长

25、新的生物膜，如此往复以达到净化污水的目的。如下图2.1是生物膜的构造示意。 图2.1 生物膜结构示意图 由图2.1可见，在生物膜内外，生物膜与水层之间进行着多种物质的传递过程。空气中的氧溶解于流动水层，从那里通过附着水层传递给生物膜，供微生物用于呼吸；污水中的有机污染物则由流动水层传递给附着水层，然后进入生物膜，并通过细菌的 7 代谢活动而被降解。通过这样的反复循环作用就使污水在其流动过程中逐步得到净化，微生物的代谢产物如H2O等则通过附着水层进入流动水层、并随其排走，而CO2及厌氧分解产物如H2S、NH3以及CH4等气态代谢产物则从水层逸出进入空气中。据上所知，生物膜上聚集了大量不同种类的微

26、生物，但是其可以很好的形成稳定的生态系统，这与生物膜动力学的扩散过程以及不同层的溶解氧密不可分的。在生物膜反应器中，污染物、溶解氧等各种营养物质必须要通过液相扩散到生物膜表面，再进入生物膜8 生物膜上能存活世代时间较长的微生物，如硝化菌和亚硝化菌世代时间长，在一般污泥龄时间短的活性污泥处理系统中，这类细菌是难以存活的。正因为这样，生物膜处理法的各项处理工艺都具有一定的硝化功能，如果采取适当的运行方式，还能具有反硝化脱氮的功能。生物膜处理法多数分段进行，在正常运行条件下，每段都繁衍与进入本段污水水质相适应的微生物，并形成优占种属，这种现象非常有利于微生物新陈代谢功能的充分发挥和有机污染物的降解。

27、处理工艺特点一是对水质、水量变动有较强的适应性。生物膜处理法的各种工艺，对流入污水的水质和水量的变化都具有很强的适应性，这种现象已为多数运行的实际设备所证实：即或有一段时间中断进水，对生物膜的净化功能也不会造成致命的影响，通水后能够较快的得到恢复。二是污泥沉降性能良好，宜于固液分离。由生物膜上脱落下来的生物污泥所含动物成分较多、比重较大，同时污泥颗粒个体较大、沉降性能良好，宜于固液分离。但如果生物膜内部形成的厌氧层过厚，在其脱落后，将有大量的非活性的细小悬浮物分散于水中，使处理水的澄清度降低。三是能够处理低浓度的污水。活性污泥处理系统，不适宜处理低浓度的污水，如原污水的BOD5值长期低于50-

28、60mg/L，将影响活性污泥絮凝体的形成和增长，净化功能降低，处理率降低。但是，生物膜法对低浓度污水也能够取得较好的处理效果，运行正常可使进水BOD5为20-30mg/L的污水将BOD5降至5-10mg/L。四是易于维护运行、节能。与活性污泥处理系统相比较，生物膜处理法中的各种工艺都是易于维护管理的，而且像生物滤池、生物转盘等工艺还都是比较节省能源的，动力费用较低，去除单位重量BOD的耗电量较少。2.1.3 生物转盘机理2122生物转盘是20世纪60年代由原联邦德国开创的一种污水生物处理技术，斯图加特工业大学Popel和Hartman教授对生物转盘技术的实用化进行了大量的试验研究和理论探讨工作

29、，并于1964年发表了题为生物转盘的设计、计算与性能的论文，就此奠定了生物转盘技术发展的基础。9 生物转盘技术初期仅用于生活污水处理，后来逐步推广到城市污水处理和有机性工业废水的处理，处理规模也从几百人口当量发展到数万人口当量。随着该技术的广泛应用，转盘构造和设备也日益完善。下面，根据生物转盘基本构造和对污水净化作用原理以及生物转盘系统特征，做一个简介。生物转盘基本构造和净水机理生物转盘处理系统中，除核心装置生物转盘外，还包括污水预处理设备和二次沉淀池。二次沉淀池的作用是去除经生物转盘处理后的污水所夹带的脱落生物膜。生物转盘是由盘片、接触反应槽、转轴及驱动装置所组成23 。如图2.2所示。 图

30、2.2 生物转盘构造图 盘片是生物转盘的主要部件，应该具有轻质高强、耐腐蚀、耐老化、易于挂膜、不变形、比表面积大、易于取材、便于加工安装等性质。一般而言盘片形状多为圆形平板，也有向波纹状盘片或两种盘片相结合的转盘演变发展的趋势。盘片直径为2.0-3.6m之间，一般不超过4m。通常采用表面积较大的盘片， 10 能够缩小接触反应槽的平面面积，减少占地面积。考虑到生物膜的厚度与进水BOD有关，BOD浓度越高，生物膜也将越厚，而硝化过程的生物膜则较薄。盘片的间距标准值为30mm，如采用多级转盘，则前数级的间距为25-35mm，后数级为10-20mm。当采用生物转盘脱氮时，宜于采取较大的盘片间距。盘片材

31、料多由塑料制成，可有效减轻盘片的重量。平板盘片多以聚氯乙烯塑料制成，而波纹状盘片则多用聚酯玻璃钢。盘片串联成组，中心贯以转轴，转轴两端安设在半圆型接触反应槽两端的支座上。转盘面积的40%左右浸没在槽内的污水中，转轴高出槽内水面10-25cm。接触反应槽如图2.2所示，呈与盘材外形基本吻合的半圆形，槽的构造形式与建造方法，随设备规模大小，修建场地条件不同而异。对于小型设备转盘台数不多，场地狭小者，为了减少占地面积，接触反应槽可以架空或修建在楼层上，在这种情况下，多用钢板焊制。接触反应槽的各部位尺寸和长度，应根据转盘直径和轴长决定，盘片边缘与槽内面应留有不小于100mm的间距，槽底应考虑设有放空管

32、，槽的两侧面设有进出水设备，多采用锯齿形溢流堰。对多级生物转盘，接触反应槽分为若干格，格与格之间设有导流槽。转轴是支承盘片并带动其旋转的重要部件。转轴两端安装固定在接触反应槽两端的支座上。转轴一般采用实心钢轴或无缝钢管。转轴的长度一般应控制在0.5-0.7m之间，不能太长，否则往往由于同心度加工欠佳，易于挠曲变形，发生磨断或扭断，其强度和刚度必须经过力学的计算，其直径一般介于50-80mm。驱动装置包括动力设备、减速装置以及传动链条等。动力设备有电力机械传动、空气传动及水力传动等，我国一般采用电力传动。对大型转盘，一般一台转盘设一套驱动装置，对于中、小型转盘，可由一套驱动装置带动3-4级转盘转

33、动。转盘的转动速度是重要的运行参数，必须选定适宜，转速过高既有损于设备的机械强度，消耗电能，又由于在盘面产生较大的剪切力，易使生物膜过早剥离。综合考虑各项因素，转盘的转速以0.8-3.0r/min，外缘的线速度以15-18m/min为宜。由上述各项构造及电机、变速器和传动链条等部件组成的传动装置驱动转盘以较低的线速度在接触反应槽内转动。接触反应槽内充满污水，转盘交替地 11 和空气与污水相接触，在经过一段时间后，在转盘上即将附着一层栖息着大量微生物的生物膜。微生物的种属组成逐渐稳定，其新陈代谢功能也逐步地发挥出来，并达到稳定的程度，污水中的有机污染物为生物膜所吸附降解。转盘转动使污水与空气接触

34、，生物膜上的固着水层从空气中吸收氧，固着水层中的氧是过饱和的，并将其传递到生物膜和污水中，使槽12 微生物浓度高，特别是最初几级的生物转盘，据一些实际运行的生物转盘的测定统计，转盘上的生物膜量如折算成曝气池的MLVSS，可达到40000-60000mg/L，F/M比为0.05-0.1，这是生物转盘高效率主要原因之一。生物相分级，在每级转盘生长着适应于流入该级污水性质的生物相，这种现象对微生物的生长繁育，有机污染物降解非常有利。污泥龄长，在转盘上能够增殖世代时间长的微生物，如硝化菌等，因此，生物转盘具有硝化、反硝化的功能。生物转盘耐冲击负荷，对BOD值达10000mg/L以上的超高浓度有级污水到

35、10mg/L以下的超低浓度污水都可以采用生物转盘进行处理，并能够得到较好的处理效果。污泥产量少，主要是因为生物膜上的微生物的食物链较长，其产泥量约为活性污泥处理系统的1/2左右，在水温为5-20的范围内，BOD去除率为90%的条件下，去除1kgBOD的产泥量约为0.25kg。动力消耗低，主要原因是接触反应槽不需要曝气，污泥也勿需回流，这是本法最突出的特征之一，据实例统计、每去除1kgBOD的耗电量约为0.7KWh，运行费用低。维护管理方便，本法不需要经常调节生物污泥量，不存在产生污泥膨胀的麻烦，复杂的机械设备也比较少。设计合理、运行正常的生物转盘，不产生滤池蝇、不出现泡沫也不产生噪声，不存在二

36、次污染的现象。生物转盘的流态，从一个生物转盘单元来看是完全混合型的，在转盘不断转动的条件下，接触反应槽内的污水能够得到良好的混合。但多级生物转盘又应作为推流式，生物转盘的流态应按完全混合推流来考虑。2.2 一体化设备工艺考虑到农村生活污水的分散性、范围广、变化大等特点，为了节省投资和运行管理费用，很早之前一体化污水处理装置就已提出、发展甚久，越来越多的课题专注于研究一体化农村生活污水的处理装置，出现了很多包括活性污泥法和生物膜法的一体化反应器，也出现了很多有机负荷高、抗冲击能力强、脱氮除磷效果好的新式一体化处理装置。一体化污水处理装置的发展顺应我国国情，具有非常广阔的应用和发展空 13 间25

37、 26。2.2.1 一体化处理装置发展一体化处理装置发展较早，在20世纪50年代左右就出现了一体化反应器，如一体化氧化沟工艺，因为其占地少、投资小，同时管理方便、能承受较大负荷，所以迅速引起了社会广泛关注和研究应用。美国的一体化氧化沟研究较为成熟，投入使用数量较多。随着时代的推移，各种反应器得到了空前的研究和发展，序批式反应器SBR应运而生，其最大特色是只需一个反应池就可以按照时间顺序先后发生污染物的降解和固液分离，同时也能实现调节水质水量等功能。该反应器使工艺得到了大大的简化，占地面积和投资费用减小，耐冲击负荷，能适应水质水量变化大的情况，还能有效抑制污泥膨胀，出水水质好等优点。国内外广泛地

38、将其应用于各种生活污水、工业废水和农业污水的处理27 28 。随着社会经济的发展和环境的需求，越来越高的要求被提出，以往的一体化处理装置已经无法满足，因此新型的一体化污水处理装置不断提出并得到发展应用。现阶段主要以生物膜法为主体的处理装置较多，其优势在于相对于活性污泥法来说，具有较强的抗冲击负荷能力，污泥产量低且沉降性好，动力费用低，管理方便，将其应用在一体化反应器中具有独特优势。目前，研究较多有日本合并净化槽技术、一体化生物转筒反应器IBDR以及生物膜与厌氧/缺氧工艺组合的技术等29。合并净化槽技术最初由日本开发的净化槽技术，为了解决水荒和缺水问题而制定的再生水利用计划的成果之一，污水分散式

39、处理与回用。一般而言，净化槽有两种，一种是仅用于厕所冲洗水处理的单独处理净化槽，另一种是用于混合生活污水处理的合并处理净化槽。净化槽工艺组成一般为厌氧滤池、接触氧化池、沉淀池和消毒池等。在厌氧滤池和接触氧化池中附有填料。净化槽的应用非常多，在日本已经有超过800万台分散式生活污水净化槽，服务人口约为3600万人。相比于其他分散式一体化处理设施，合并净化槽拥有无法比拟的优点。首先安装净化槽投资小，费用低。家庭用小型净化槽基本上在是工厂批量生产的，其价格可维持在家庭用户可以接受的水准；同时这种净化槽只占用很小一块土地，不涉及繁杂的土地征收手续以及昂贵的土地征用费。其次，安装方便，不受地形影响，时间

40、短，见效快。污泥比较容易利用，净化槽主要是用来处理家庭污水的，它的处理水和污泥基 14 本上不含有毒物质，可以根据不同的需要，对净化槽的处理水和污泥可进行资源化和有效利用。第三，具有比较强的抗震和抗灾能力。净化槽不需要大量的机械，其排水系统也比较简单，在受到地震或其它灾害受到损害时可以在很短的时间15 IBDR在各类污水处理中均有应用，如餐饮废水的处理采用的工艺主要由格栅、调节池、IBDR组成，经试验研究结果表明，对于低浓度有机废水及水量、水质变化大等此类废水而言，IBDR是完全适合的，其耐冲击负荷能力强，出水沉降性能良好。与传统生物转盘处理结果相比较，IBDR处理餐饮污水的效果要高出22%左

41、右。IBDR还用于处理生产洗涤剂废水，该类废水主要污染物是阴离子表面活性剂，并含有油类、脂肪酸和磷酸盐等污染物，COD含量高、起泡性强和毒性大等。考虑到高浓度的LAS阻碍微生物的生长和繁殖，采用先进行混凝沉淀处理再进行生化处理，即污水进入调节池再进入泡沫分离器，然后进行混凝沉淀，出水经IBDR处理，过程结束。处理效果表明，IBDR处理出水稳定，毒性适应性强。除了上述实际中试探索出的IBDR优点外，其还具有工艺简单，易于操作；污泥沉淀性能好，不产生污泥膨胀；良好的生物固体截留能力和高的微生物浓度以及生物相分级明显等。生物膜与厌氧/缺氧工艺组合技术 生物膜法和活性污泥法的结合往往能综合两者的优缺点

42、，使工艺更具有实用价值。如周琪等人开发的厌氧好氧一体化污水净化器，就是好氧接触法与上流式厌氧污泥床结合的应用，圆筒式形式装置，内筒为上流式厌氧污泥床，进行生物膜高效处理污水，外筒为好氧接触氧化池和沉淀池，最终从沉淀池上部出水。厌氧污泥床和接触氧化池的结合，装置的处理效果更好，SS和NH4+去除率都较高，且投资少，占地小，管理方便。A/O一体式曝气生物滤池因可不设沉淀工序而得到广泛推广和应用，由刘旭东、张建等人开发完成，试验结果证明不仅有机物去除率高，还具有硝化和反硝化的效果。好氧生物流化床与厌氧反应器的结合有杨平等人开发的厌氧流化床和好氧外循环流化床组合的一体化反应器，其总COD去除率可达到9

43、0.6%，适合处理高浓度有机废水，且具有良好的脱氮能力。还有其他的一体化A/O生物膜反应器，如清华大学蒋展鹏等根据A/O工艺原理设计了升流式一体化A/O生物膜反应器，装置呈圆筒型，具有良好的稳定的脱氮能力。2.2.2 PDS转鼓式一体化污水处理装置基本原理与技术关键31 32 33PDS转鼓式一体化污水处理装置借鉴国内外相关技术及结合多年实践，逐步改进和完善的一种针对远离城市排水管网、又不宜在当地建设污水处理厂的地区的一种生活污水处理装置。PDS转鼓式一体化污水处理装置特别适合于：小城镇的新农村建设、旅游风景区、医院疗养区和军事基地等，无管网的别墅区。它在结构上采用了旋转薄 16 片生物带和将

44、空气强制混入的液体的方式，具有巨大的气、液、传质面积，能有效地形成不断更新的生物膜，最大限度的提高了污水处理能力和效果，是目前技术领先、结构独特、运行经济、管理方便、使用寿命超长的污水处理装置，其突出特点是低能耗、低噪音、低维护量和低运行成本。PDS转鼓式一体化污水处理装置是一种以旋转生物转鼓为核心的高效污水处理装置，整个装置主要是由初沉池、缺氧池、生物转盘和二沉池组成。结构如图2.4所示。 图2.4 PDS转鼓式一体化结构运行示意图 初沉池污水通过提升泵将调节池污水提升至PDS装置内，首先需经过初沉池的沉降作用，初沉池利用生物转鼓下部的空间。沉淀池形式为平流式，在重力作用下，使污水中的大部分

45、悬浮物和无机颗粒物沉降下来，同时可夹带去除一部分有机物。平流式沉淀式没有斜板填料，不存大堵塞等问题。初沉池底部与缺氧区隔开，避免缺氧池混合液的搅动，影响初沉池的沉淀效果。初沉池的容积足够大，因此初沉池可以兼起污泥贮存池的作用，其中贮存的污泥定期由抽粪车清除。若后面接湿地，则可将剩余污泥泵送至潜流湿地表面进行干化，此方法已在多处实用，效果很好。运行时间最长的已的三年没有多余污泥外运，全部系统内消耗。缺氧池缺氧池位于生物转盘壳体和外部箱体间的夹层内，在此空间内，初沉池的来水与经水力提升转子提升的回流硝化液以及二沉池的回流污泥在此混合，并 17 经潜水搅拌机充分混合，完成反硝化过程，硝态氮在反硝化菌的作用下最终形成氮气，从水中逸出，最终达到脱氮的目的。旋转生物处理单元生物转鼓夹层缺氧池经脱氮的出水自流至旋转生物处理单元。旋转生物处理单元是装置的核心部分，采用了独特的复合生化技术，能在低能耗条件下高效降解污染物。整个旋转生物处理单元由三级生物反应器组成，每个生物反应器由一个生物转子和一个生化槽组成，每个生物转子 PDS转鼓式一体化装置地上式和埋地式18 根据大量的实例和及水质分析，得出一组PDS转鼓式一体化污水处理装置的处理效果参考值，见表2.1所示。表2.1 PDS转鼓式一体化污水处理装置处理效果 从表中可以看出，PDS转鼓一体化污水处理装置