生物、生态组合技术处理农村生活污水

Posted 2023-01-13 湿地

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近年来,太湖水体的富营养化日趋严重,对社会、经济的影响日益显现。富营养化治理的根本在于控制入湖的氮、磷营养负荷,而农村生活污水的排放对太湖氮、磷污染的贡献率分别达25.1%、60.0%[1]。因此,确保农村生活污水达标排放是从源头上控制面源污染,解决太湖水体富营养化最主要、最根本的措施之一。农村生活污水具有水量小、有机物浓度偏高、日变化系数大等特点,且相对分散,宜采用小型装置处理。生态处理工艺特别是土地处理系统因运行费用低、管理方便、脱氮除磷效果较好而被广泛用于处理农村生活污水,但其占地多、处理效果受天气的影响大,而太湖地区土地稀缺且冬季有3个月的低温期,因此在太湖地区不宜单独采用生态工艺处理生活污水。笔者针对农村生活污水水量较小、有机物浓度较高、日变化系数大及农村地区经济相对落后的特点,将生物和生态处理工艺相结合,以期充分发挥两者的优势,提高出水水质和系统运行的稳定性[2]。

1试验材料与方法

1·1试验装置

试验装置设在宜兴大浦镇漳北村,采用“厌氧/跌水充氧接触氧化/水生蔬菜型人工湿地”工艺处理农村生活污水,具体流程如图1所示。

污水首先进入厌氧池，然后由泵提升进入五级跌水充氧接触氧化池。该接触氧化池采用无动力跌水方式充氧，池内装有填料；单池尺寸为0.8m×0.5m×0.5m，池底设泥斗，泥斗高为0.15m。跌水充氧接触氧化池出水进入水生蔬菜型人工湿地，床体尺寸为3m×0.6m×0.8m，池底坡度为1%。

该人工湿地为改进型水平潜流人工湿地，沿程分4格，中间用隔墙分开，湿地中从下到上依次装填20cm厚碎砖、28cm厚砾石、10cm厚河沙。试验初期，人工湿地中种植茭白，11月以后改种适合冬季生长的土著植物水芹。

1.2　运行条件

试验以漳北村的生活污水为原水，连续运行5个月，进水水质如表1所示。由于农田排灌水以及雨水的渗入，导致实际进水浓度偏低。

运行初期(7月—9月)跌水充氧接触氧化池中填充组合填料，但运行中发现该组合填料易结球，这大大减小了填料的比表面积，导致填料上的生物量不高，因此在9月以后将其更换为孔隙率较高的无纺布。

1.3　测定指标及方法

COD:重铬酸钾法[3]；NH+4-N:纳氏试剂分光光度法；TN:过硫酸钾消解—紫外分光光度法；TP:钼酸盐分光光度法；DO:溶氧仪；pH:pH-3C型酸度计。

2　结果与讨论

2.1　对COD的去除效果

组合工艺对COD的去除效果如图2所示。

由图2可知，出水COD为2.56～89.19mg/L，平均为34.39mg/L，组合工艺对COD的平均去除率为68.15%。稳定运行期间出水COD浓度受进水浓度的影响较小，出水水质较稳定，例如11月15日的进水COD高达274mg/L，但出水COD仅为35.6mg/L。7月—9月的出水COD浓度波动较大，这是因为湿地还未达到稳定运行状态，同时组合填料上的生物量也不高。之后出水COD浓度较稳定，平均仅为23.26mg/L。

2.2　对氨氮的去除效果

组合工艺对NH+4-N的去除效果如图3所示。

由图3可知，出水NH+4-N为2.65～15.03mg/L，平均为6.77mg/L，组合工艺对NH+4-N的平均去除率为68.15%。7月的出水NH+4-N浓度较高，原因是湿地还未达到稳定运行状态；8月—10月的出水NH+4-N浓度比较稳定(平均为4.87mg/L)，平均去除率为71.06%；进入10月以后出水NH+4-N浓度出现轻微的波动，这是由于温度降低导致微生物的活性下降，因此处理效果出现了波动。

2.3　对总氮的去除效果

组合工艺对TN的去除效果如图4所示。

由图4可以看出，尽管进水TN浓度波动较大，但出水TN浓度保持在很低的水平(平均为6.86mg/L)，平均去除率为69.50%。从总体上看，组合工艺对TN的去除效果很好，出水总氮<15mg/L，可以达到一级A标准[4]。

运行后期进入了冬季，出水TN浓度虽有所波动，但仍能保持在很低的水平，原因是人工湿地中种植的是耐寒的水芹，这保证了其在冬季运行的稳定性。

2.4　对TP的去除效果

组合工艺对TP的去除效果如图5所示。

由图5可知，进水TP浓度波动较大，平均为0.96mg/L。出水TP浓度平均为0.11mg/L，远低于一级A标准(0.5mg/L)，组合工艺对TP的平均去除率为86.30%。在7月15日、10月3日和12月1日进水TP浓度急剧升高，但出水TP均稳定在0.4mg/L以下。进入8月后，大部分的出水TP均在0.1mg/L左右。运行前期(7月)出水TP浓度略高(平均为0.27mg/L)，原因是该阶段湿地还未达到稳定运行状态。

3　讨论

组合工艺各处理单元对去除污染物的贡献率如图6所示。

由图6可知，厌氧池、跌水充氧接触氧化池和人工湿地对COD的去除率差不多，但是各单元降解有机物的途径不同。在厌氧池中异养微生物通过厌氧发酵将不溶性的有机物和大分子的溶解性有机物分解为CH4和CO2；在跌水充氧接触氧化池中，组合填料上的好氧微生物将部分可生物降解的小分子有机物降解为CO2和H2O；在人工湿地中，通过异养微生物的降解作用及基质的截留作用进一步去除有机物。厌氧池和接触氧化池可以大幅度削减污水中的有机物，这减轻了湿地的负担，解决了湿地易堵塞的问题。

人工湿地对去除NH+4-N的贡献率最大，为48.82%；接触氧化池的贡献率最小，为19.08%，这是因为跌水充氧接触氧化池中的水流缓慢，对生物膜的冲刷力小，生物膜的活性较低，对氧的利用率不高，导致硝化效果不佳。

人工湿地对去除TN的贡献率也最大(59.44%)，厌氧池次之(27.49%)，接触氧化池的贡献率最小(13.07%)。在该组合工艺中，好氧段与厌氧段之间无回流，跌水充氧接触氧化池仅靠同步硝化反硝化以及微生物的同化作用脱氮。由于硝化菌的好氧和自养特性与反硝化菌的缺氧和异养特性明显不同，硝化与反硝化作用难以在时间和空间上统一[5]，因此很难实现高效的同步硝化反硝化，故跌水充氧接触氧化池的脱氮效率很低。

人工湿地去除的TP量占组合工艺除磷量的57.94%，它主要是利用介质的吸附截留、植物吸收及微生物作用来完成对磷的去除。接触氧化池的贡献率最小，仅为9.67%。这是因为跌水充氧接触氧化池主要通过生物法除磷[6]，但运行中污泥的生成量少，因此以富磷污泥的形式排出的磷就较少，故跌水充氧接触氧化池对TP的去除率不高。

综上所述，厌氧池具有预处理功能，有效地降低了污染物负荷，减轻了后续处理单元的负担；跌水充氧接触氧化池主要用于去除有机物，并具有一定的脱氮除磷功能；人工湿地具有脱氮除磷和进一步去除有机物的功能。。

4　结论

①　采用厌氧/跌水充氧接触氧化/水生蔬菜型人工湿地组合工艺处理农村生活污水，对COD、NH+4-N、TN、TP的去除率分别为68.15%、68.15%、69.50%、86.30%。

②　跌水充氧接触氧化池对去除TN、TP的贡献率较小，对去除COD的贡献率相对较大；人工湿地对去除TN、TP的贡献率较大，对去除COD的贡献率相对较小。

③　跌水充氧接触氧化工艺对有机物的去除效果稳定，而人工湿地则具有稳定的脱氮除磷功能，将它们结合可以发挥两者的优势并提高出水水质和系统运行的稳定性。（中国给水排水）