在新農村建設及城市化進程中，農村生活污水處理是一個熱點問題。農村生活污水來源于廚房污水、個人衛生和家庭清潔污水及人畜糞便污水3個方面，基本不含重金屬和有毒有害物質，有機物及氮、磷含量較高(COD一般為800～1200mg/L，TP、TN、NH4+-N的質量濃度分別為4～6、20～40、10mg/L)，可生化性強。農村生活污水大多通過雨污合流明渠排放，部分經濟發達或新建移民新村，農戶居住集中，人口密集，具有較完善的污水收集管網，適于生活污水集中式處理。

農村生活污水

A2/O工藝可以實現同步脫氮除磷且工藝簡單得到迅速發展;動態膜生物反應器(DMBR)作為一種新型城鎮污水深度處理技術，具備傳統膜生物反應器(MBR)出水水質好、占地面積小、產泥率低等優點，同時過濾通量大、反沖洗較方便，使其成為一種能克服MBR不足的潛在技術。粉煤灰是電廠產生的工業固體廢物，其在污水處理中有實際應用。

目前針對A2/O-DMBR組合工藝及粉煤灰處理污水的研究報道較多，但聯合應用研究沒有報道。本研究針對農村生活污水水質特性，采用A2/O-DMBR組合工藝研究投加改性粉煤灰對脫氮除磷效能的影響及相關性分析，以期為農村生活污水處理的工程實踐提供實驗依據。

1實驗部分

1.1裝置及運行

2套平行小試裝置：反應器A未投加改性粉煤灰，反應器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泵控制。如圖1所示。


實驗共運行35d，第1-5天為污泥培養和馴化階段，第6-35天為改性粉煤灰強化A2/O-DMBR處理農村生活污水效能實驗階段。裝置運行參數：水溫15～25℃，總HRT為12h(厭氧池3h、缺氧池3h、好氧池6h)，好氧池污泥的質量濃度5～6g/L，內循環回流體積比250%，缺氧池、好氧池DO的質量濃度分別<1.0、2.5～3.5mg/L，pH為7.2～8.0，污泥齡21d。

1.2實驗材料膜材料。

尼龍布：篩孔48μm，有效面積0.2m2。

粉煤灰。取自合肥某發電廠，其主要成分SiO2、Al2O3、Fe2O3、CaO、MgO、Na2O、K2O的質量分數分別為47.55%、31.97%、10.8%、4.06%、0.83%、0.64%、0.64%，燒失質量分數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，按照灰水質量比1:1將粉煤灰與混合酸溶液充分混合(室溫下攪拌)，經靜置、烘干、碾磨，即得到改性粉煤灰。

實驗用水為巢湖周邊農村生活污水，其COD和TP、TN、NH4+-N的質量濃度分別為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含量的檢測均采用國家標準方法。

主要儀器有T6新世紀紫外可見分光光度計、TU1901雙光束紫外可見分光光度計。

1.4統計學分析

本研究數據分析用Origin9.0進行非線性擬合，SPSS Version 19.0進行相關性分析。

2結果與討論

2.1投加量對去除效果的影響

改性粉煤灰投加量對污染物去除效果的影響見圖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COD、TP、TN和NH4+-N去除率達到峰值或接近峰值，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相關性分析

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


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

2.3強化去除污染物效果對比

改性粉煤灰強化去除污染物效果見圖3～圖6。


由圖3可看出，反應器進水負荷有波動，反應器A、B均能達到較高的COD去除率，分別為86.78%、95.32%，且反應器B出水COD一直穩定在50mg/L以下，達到GB 18918-2002的一級A標準。伍昌年等研究結果表明，改性后的粉煤灰表面變得粗糙、孔隙率增加、比表面積增大，具有較強的吸附性能[9]。這種特殊的結構為微生物提供了更適宜生長的附著場所，改善了生長環境，促進污泥繁殖。另一方面，反應器A運行到第21天時跨膜壓力急劇上升，COD去除率呈下降趨勢，而反應器B仍運行穩定，說明改性粉煤灰能夠通過延緩膜污染來提高出水指標。

由圖4可以看出，在反應器運行期間，反應器A出水TP含量始終高于反應器B，出水平均質量濃度分別為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合。Yan等等研究發現，粉煤灰對磷酸鹽具有很好的滯留能力，且這個過程是不可逆過程;經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環境，污泥含量上升，水中TP含量進一步降低。


由圖5可以看出，反應器A、B在運行過程中保持較穩定的NH4+-N去除率，反應器B去除NH4+-N效果更優，比反應器A提高4.87個百分點。NH4+-N含量降低，一是微生物的同化作用，二是NH4+-N經過好氧段的硝化作用轉化為NO3--N。在好氧段改性粉煤灰使有機物含量降低，異養菌對硝化細菌的抑制作用有所緩和，硝化細菌大量繁殖，NH4+-N去除率隨之升高;趙統剛等研究發現，粉煤灰對NH4+-N還具有陽離子交換作用，其機理是NH4+將粉煤灰中Ca2+、Mg2+置換出來，從而將NH4+-N去除。


由圖6可以看出，反應器A、B出水TN的質量濃度分別為7.89、6.52mg/L，相應平均去除率分別為73.34%、77.98%。從反應器出水可以看出，以反硝化菌為基礎，小試裝置很好的實現了反硝化脫氮過程。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行繁殖、再生的同時，完成反硝化過程;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吸附，隨污泥排出系統。

3結論

投加改性粉煤灰對農村生活污水脫氮除磷有強化作用。A2/O-DMBR小試裝置在COD/ρ(TN)為12～14、內循環回流體積比250%、污泥回流體積比80%時，投加改性粉煤灰可以實現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、22.1個、4.64個、4.87個百分點，出水污染物含量均能達到GB 18918-2002一級A標準。