对住宅废水的处理和再利用系统的评价外文翻译资料

对住宅废水的处理和再利用系统的评价

摘要：大约有四分之一的美国住房不是连接到集中的,公共的污水处理的地方,而经营自己的粪坑或化粪池的只提供部分处理工作。研究中,根据既定的协议，测试商用,现场,住宅污水单元得设计能力,以确定是否可以生产高质量的废水。额外的半工业规模砂过滤和紫外线消毒单元是捏造的,确定的可行性操作生产再生水适合住宅重用和可满足废水利用规定的严格要求。结果表明,整套装置在正确的操作和维护是可以产生相当于二级的出水。此外,使用附加砂滤器和紫外线消毒单元,可以生产最高质量的按照夏威夷规定的再生水（氧化,过滤、消毒,无限制使用）。这也可能是经济上可行的生产出的质量略低的适合住宅地下灌溉的再生水（氧化,消毒,R-2）。

CE数据库主题词：污水处理;水重用;住宅的位置。

引子

根据1990年美国人口普查,大约四分之一的住房（2570万）不提供连接公有废水收集、治疗、和处置系统的服务（ 1990年美国人口普查）。这些住房的居民必须运作自己的现场,个人的收集物或处理系统。大部分的现有带有沥滤场的化粪坑或化粪池系统,只提供部分可能会影响地下水和地表水的处理（琼斯和李1979;巴伯等等. 1988;1985;罗伯逊 等等. 1991;威廉 等等.1994;哈曼 等等. 1996 ）。在某些情况下,相同的住宅没有废水服务没有连接到一个公共供水或进入地下水和饮用水供应系统的，就依靠雨水排水。这些情况下或其他供水限制的地区,回收处理废水的想法在现场使用的时候是有吸引力的,因为在采用双重分配系统时它可能会抵消饮用水需求和减少成本。美国环境保护署（EPA）估计32%的平均住宅用水都是在户外使用的比如灌溉，而另外的28%用于冲厕所,这些都是潜在的可以用作再生水（USEPA,1992)。

美国国务院卫生组织（DOH）在夏威夷调节了个人污水处理系统（DOH，1991）。1990年美国人口普查发现72940个化粪坑和化粪池在夏威夷(USEPA,2000 )。这代表了18.7%的家庭。在1998年，美国国务院卫生组织确立一个目标,到2000年为止消除污水坑,却并没有实现。连接那些目前还没有连接到新的或现有的集中式污水处理的所有现有住宅的设施花费达数亿美元。更换污水坑和化粪池个人污水处理系统提供完整的污水处理“二级”或更高的质量水平是另一种方法来实现美国国务院卫生组织减少潜在的地下水污染的目标。分散式污水处理是一个很有效的提供处理和保护环境的方法（ Tchobanoglous 1996;Crites et al . 1997 ）

因为独立处理单位与污水坑和化粪池相比对环境更好一些,这种单位也是想测试一个有氧治疗包单元（由厌氧、好氧、沉降,和消毒过程组成）“交付”和与额外的流程都需要创建一个三级可回收的废水。OESIS- 750在夏威夷制造公司的以下列环保废物管理系统中是最小的一个单元(EWMS）。为了让美国国务院卫生组织允许在夏威夷安装一个有氧治疗装置,它必须执行美国国家卫生基金会（NSF）制定的40条标准（1984）。美国国家卫生基金会的40条标准提供了测试独立处理单元以及可接受的最低性能的标准。NSF的40条标准对最低性能废水处理要求30-consecutive-day，意味着废水的浓度生化需氧量(BOD5)和总悬浮物（TSS）不大于30毫克/升,有至少85%的全部切除。同时,BOD5的平均值和TSS的连续7天测量值不能大于45 mg / L。此外,废水pH值必须始终限制在6.0~9.0之间。EPA所使用的这些是相同的来定义“二级”处理所需求的（1984年联邦公报）。

提供完整的处理的独立处理系统对污水行业的声誉来说是好坏参半的，业绩不佳/由于机械故障造成的失败系统/运营商的关注不足/持续发展，已被用来作为区域化的废水处理的理由（ 1991年马歇尔）。1981的评估操作从七个不同的制造商发现个别处理单位只有四个生产废水类似或优于NSF的40条标准来处理废水（ Mgou et al . 1981 ）。1978年的一项研究发现在51个有氧处理单位中21个单位的废水浊度、颜色和气味处理不好（Brewer et al . 1978 ）。51个单元废水的BOD5和TSS 平均数值分别为30.9和49.2 mg / L。因为缺乏足够的操作和维护在几个研究已经发现表现不佳。Asbury 和Hendrickson （1982 ）现场检查12有氧处理单位,发现只有四个操作正确。Hutzler et al。（1978）研究了36种有氧处理单位,发现24%有机械故障。这些研究表明,虽然许多有氧处理单元在试验控制条件下表现良好,他们倾向于失败的时候留给房主经营多年。这显然是EWMS单位在2年的维修服务中几乎没有移动部件的原因。

在夏威夷,I等级的废水只适用于一个渗透处理或浸出。为了回收对处理废水有益的物质再利用,额外的处理是必需的。DOH建立了一套详细的“处理和使用再生水的指南”（DOH 2002 ）。再生水指南定义了三个类别;R-1,R-2和R-3。最高质量的是R-1水（基本上相当于加州无限制的再利用或“22”水）适用于许多类型的再利用包括景观的灌溉和装饰性的蓄水池。最低的质量（R-3）对应于一级污水适合某些类型的农业灌溉而不是任何可能适用于住宅用户的使用。生产所需的额外处理R-1水包括过滤和消毒（R-2只需要消毒）。这次调查的目的是确定EWMS包处理装置可以产生高质量的二级污水承受DOH安装在夏威夷的住宅的处理装置，和确定按照DOH严格规定的生产适合住宅的再生水的可行性。

材料和方法

oesis - 750独立污水处理单元坐落在火奴鲁鲁每天7500万加仑沙岛污水处理厂（SIWWTP ）。连续流oesis - 750单元由一个厌氧室 （0.84立方米）包含水下球面塑料媒体，第二个厌氧室（0.71 立方米 ）包含水下圆柱形塑料媒体，一个有氧室（1.03 立方米）包含水下垂直滴滤池媒体澄清室（ 0.42 立方米 ）不可或缺的溢流堰氯平板夹,和最后一个小的氯接触室（22 L）（McNair 1999）。oesis - 750的总体积是3.0立方米（750加仑）适合设计流量为1520 L /天（ 400加仑/天，加仑每日）的带有两间卧室的房屋。处理单元的总尺寸是1.32米宽times;2.45米长times;1.77米高(4.3 英尺times;8 英尺times;5.6英尺)。一系列大流量的OESIS单元可供流动3785 L /天（1000加仑每日）。OESIS单元仅有的机械部分是一个小隔膜气泵（60 L / h ）运营两个fine-bubble diffusers，一个有氧室回流特性,和促进反硝化作用的空运回收线。

一个潜水泵、管道、电子阀,一个23.7 L（6.25加仑）计量箱与浮子开关,和一个可编程逻辑控制器（“测试系统”）被安装到oesis - 750为单元提供原始污水（图1是这个系统的示意图）。测试系统（ 在McNair 1999中详细描述）撤回了筛选原料废水从SIWWTP流入的渠道,目的是为了按照NSF40条标准规定的方式提供一个总流1520 L /天（ 400加仑/天）给oesis - 750。NSF标准40协议要求每天在6-9点间流量输入35%。上午11点到下午2点之间输入25%。,5至8点进入40%。NSF标准40要求在6个连续的标准性能时期之后,进行四个压力测试。四个压力测试被称为“wash day”（连续三个早晨添加每份35加仑的清洗物一共三份到水箱中,清洗物包含洗涤剂和漂白剂）,“working mother”（中午没有流,五天之内每天晚上添加一份清洗物）“power failure”（电力和水流了48小时）,“return from vacation”（不流1周之后紧接着高流动和三份清洗物）。每个压力测试需要大约1周加一个额外的一周压力测试来监测观察效果。

6个月的标准性能期间,一个星期有五天是每个小时在单元接收污水时一个星期有五天是每个小时都在通过编程采样(ISCO模型3700年,林肯,内布拉斯加州)来收集入渗和废水样品。流水和废水样本合成起来按一定比例成为废水流动模式。抓住从曝气池收集的样本也是一个星期五天。过程的详细分析测量都是根据19版的标准方法检查水和废水（APHA 1995 ）而且方法的数字出现在括号。入渗、废水和抓取样本监测BOD5 （5210B）和TSS （2540D）。另外,溶解氧（DO）（4500-OG），温度（使用热敏电阻）,pH值（4500-H）在曝气池内的系统部分一个星期测量5天。曝气池获取样本分析的可沉淀固体（ 2540 F ）。额外的样本在不同时间间隔从每个处理装置获得然后用来分析的有机氮（4500——Norg C）、氨(4500-DH3D)、硝酸盐或亚硝酸盐(4500-NO3E),orthophosphorus（4500-PC）,和总磷（4500-PC）。入渗和污水获取样本也定期监测浊度 （2130 B ）254 nm紫外线透射率(UVT254)（5910 B）,粪大肠菌（9222 D）和油脂（5520 B）。此外,在三个6个月标准绩效评估期间,获取样本的污水用蒸馏水稀释到1:1,000然后评估颜色,阈值的气味,油膜的存在,泡沫的存在。

砂滤器和管式紫外线消毒单元被安装在处理单元上来生产再生水。再生水生产系统的原理如图2所示,在Edling（1999）中也有详细描述。废水从oesis - 750中流入一个简单构造重力砂滤器，包含10厘米直径36厘米砾石阴沟和30厘米的硅砂床（50% 0.5毫米和50% 0.5毫米）。过滤后的水经过紫外线消毒单元（国会控制集团模型8101）这个过程需要一个低强度水银蒸汽灯（20 W）,1.4 L的水量和测试流量为14 L / min的5.8秒的接触时间（Edling 1999）。过滤后的水在泵的作用下通过多次消毒单位以达到所需的减少粪便大肠杆菌的细菌的目的。

剂量反应曲线是由辐射小样本（50毫升）废水在已知的剂量和测量类型下的大肠菌群之前（NO）和平行光束照射（实验室测试）之后（N）的数量。四组平行实验使用木马技术单元（安大略省,加拿大）。所有实验完成后6 h内样本集合。对于每一个实验,一个辐射计（模型P254UV木马技术,安大略省,加拿大）用于确定与样品之间的距离，这个距离是表面的平行光束强度对应于一个。使用正确的吸光度的水样本,平均强度由2.2厘米深度50毫升水样决定的(平均强度=表面强度times;校正系数;地表强度是）。校正系数由下式确定：

式中：

，，，在本次试验中取2.2.

曝光时间计划获得5、10、20、30、40、50、75 的数据。样品被放置在正确距离的平行光束下，上面覆盖着纸板，之后仔细定时曝光时间。曝光后,样本立即用来处理粪大肠杆菌群。

Jar测试是为了确定一系列必要剂量来减少oesis - 750废水浊度是它低于5NTU。美国自来水厂协会（AWWA 1977 ）紧接着使用six-paddle jar测试搅拌器单元（菲普斯和Bird,里士满,弗吉尼亚州）。样本进行快速混合1分钟为一份（70转）,轻轻地混合15分钟（30转）,最后静置20分钟（0转）前检查抽样的上层清液浊度。

实地测试快结束的时候,增强了通过添加硫酸铝混凝/絮凝沉降前砂过滤增强去除了浊度。这个化学处理在一个5加仑桶中进行，使用了搅拌机同一时间还进行了jar测试。沉降后,将上层清液注入砂滤器的顶部。

结果与讨论

6个月的标准性能运行期间,oesis - 750单元在设计的1520L/天能力下运行操作使整个水力停留时间（HRT）高于平均水平45 小时。在厌氧室水力停留时间平均是23和15.5 小时（结合）或分别在有氧运动室。由于污泥并非从固定薄膜有氧室排出,固体保留时间（SRT）是180天。表1表明,平均入渗BOD5浓度为146.4 mg / L相当于整个系统加载速率的0.074公斤BOD5 /天 m3 （4.6磅/天1000ft3）。在图3和图4中展示了6个月标准性能运行期间废水中BOD5和TSS。这个期间总体平均污水的价值和他们的标准差对BOD5和TSS分别为13.9 —6.0和 13.1 -6.9 mg / L（表1）。图3、图4和表1中的数据表明oesis - 750单元表现很好（大约90%的BOD5和TSS ）轻松满足NSF标准40 I类废水的要求。

一些关于oesis - 750在6个月标准性能运行期间的一般性观察如下。（1）oesis - 750需要很少的维护而且基本运行时无人值守在6个月期间也没有任何问题。每2个月,气泵的进气过滤器会进行除尘（唯一的维护措施）。观察期间废水具有良好的清晰度且没有气味。在单元里,没有积累的污垢。（2）尽管废水中BOD5 （从80到242）和TSS （从80到277）有相当大的波动,污水的价值非常稳定的（从图3和图4中可以看出）。（3）曝气池pH值几乎是恒定在7.4 并且它可以假定废水pH值等效（见图5）。（4）曝气池做结合视觉水清晰的观察似乎对测量常规性能监视更有好处。如果曝气池的水变得浑浊,从而减少到小于1.0 mg / L,这是一个很好的指标,BOD5去除性能的不利影响是累积生物量的空气扩散器或在媒体包装积累的污泥。每6个月可能需要删除剩余污泥如果系统操作不断在其设计能力，从图5中可以看到。起初的测试期间DO的含量是5 mg / L。图5中的趋势线显示一个在有氧室中随着作用时间而减少的DO含量曲线。水箱5.5个月之后才被清理。清洗是通过完全消除1号厌氧室的污泥和大约清除2号厌氧室的一半污泥。油底壳泵通过垂直访问渠道（一个设计好的4个进口的vacuum-truck软管）被用来去除厌氧污泥泵底部，通过部分脱水过滤曝光后生物量与喷水清洗油底泵壳。清洗后的做迅速恢复并开始增加,接近5.0 mg / L。数据表明,为了保持DO含量在1.0 mg / L以上水箱每6个月

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