光伏技术处理农村生活污水

北极星环保网讯:在我国，农村污水处理率很低，绝大部分生活污水不经处理直接排放，是引起湖库富营化的重要原因。城市污水集中处理技术，因能耗高和管理维护要求高而成为农村地区推广应用的制约因素。

在我国，农村污水处理率很低，绝大部分生活污水不经处理直接排放，是引起湖库富营化的重要原因。

城市污水集中处理技术，因能耗高和管理维护要求高而成为农村地区推广应用的制约因素。因此，低耗高效的污水处理技术，是当今污水分散处理技术的研究热点。

McCarty对如何降低生活污水处理能耗进行了积极探索，研发出一种高效低耗的反应器-厌氧流化床膜生物反应器(AFMBR)，COD去除率可达99%，单位水量能耗仅0.058kW˙h/m3，约为传统好氧膜生物反应器的1/10，但在自然环境条件下的处理效率以及对生活污水厌氧处理的应用前景、经济效益等方面仍有待进一步研究。

太阳能作为一种洁净、可再生的清洁能源具有广阔的发展前景。将太阳能应用于污水处理仍处于起步阶段，许志兰等和王文林等先后应用美国“Solar  Bee”太阳能表面曝气技术处理微污染河流和重污染河流水体，使水体主要指标有一定改善，但均未对系统能效进行分析。蒋薇薇[8]利用太阳能曝气组合土壤渗滤工艺处理生活污水，对氨氮(NH3-N)、总氮(TN)、总磷(TP)和化学耗氧量(COD)的处理效果均高于未安装太阳能的处理系统，但其采用的太阳能曝气系统结构复杂，设备繁多，基建投资高，且不易于管理维护。

本文采用光伏电板与直流气泵直接连接，用于污水厌氧处理设施的改进，气泵同时曝气和回流，实现系统简化。通过光伏A/O池和厌氧池的生活污水处理效果的比较，同时对实际工程进行能效分析，考察光伏技术在农村生活污水处理中的适用性。

1 材料和方法

1.1 中试装置

中试装置建于云南省大理州洱源县邓川镇研究基地。2套中试污水处理装置，均由镀锌铁皮加工而成，为顶部敞开的长方体设施，尺寸为1m×0.3m×0.8m，有效容积210L，用隔板将反应池分成等距的6个小格(在技术改造前，2套装置均已在厌氧条件下启动成功，并稳定运行了6个月，COD平均去除率为70%左右)。各个反应池内均加挂多孔悬浮球填料。进水口和出水口分别设置在长方体设施两端的上部，设施底部设置排泥管。其中，1套为单纯的厌氧池，1套装置加装光伏曝气系统(见图1)。

光伏曝气系统主要由单晶硅光伏电板、直流气泵、充气管和曝气头组成。气泵直接与光伏电板连接，污水回流采用气提回流，气泵同时实现曝气和回流。

以生活污水为原水(TN36.4mg/L，NH3-N31.9mg/L，TP4.4mg/L，正磷酸盐(SRP)3.2mg/L，COD183.3mg/L)，间歇进水(8∶00～23∶00)，日处理量240L，HRT21h。光伏A/O池在自然条件下启动，采样频率为1周1次，采用标准方法测定TN、NH3-N、NO3--N、TP、正磷酸盐(SRP)、COD等指标，在整个运行期内未排泥。

图1 光伏曝气接触A/O池结构示意

1.2 工程试验

在云南省大理市银桥镇西城尾村污水处理设施的厌氧池加装光伏曝气系统，对光伏曝气系统的能效进行分析。

西城尾村污水处理设施于2010年6月建成并投入运行，工艺流程为：隔油池-厌氧池-土壤净化槽，设计处理能力为60m3/d。2011年5月在西城尾污水处理设施厌氧池(有效容积60m3，HRT24h)上加装光伏曝气系统，将其改造成光伏A/O池。通过能效分析，考察光伏曝气的适用性。

2 结果和讨论

2.1 氮去除效果

中试装置进出水氮浓度的变化如图2～图4所示。在运行期内，厌氧池和光伏A/O池对NH3-N的平均去除率分别为6.4%和29.2%。厌氧池对NH3-N的去除效果不稳定。在前100d的运行期内，光伏A/O池对NH3-N的平均去除率为21.5%，出水NO3--N较低，但随后NH3-N去除率明显上升，平均为52.2%，最高为77.0%，出水NO3--N显著升高，此时可认为光伏A/O池启动成功。

图2 NH3-N去除效果