改進(jìn)型MST-人工濕地組合工藝處理分散生活污水的研究

張志芳，陳立愛，侯紅勛，張 靜，楊引浩（.安徽建筑大學(xué)環(huán)境與能源工程學(xué)院，合肥3060；.安徽國禎環(huán)保節(jié)能科技股份有限公司，合肥 300889）

?

改進(jìn)型MST-人工濕地組合工藝處理分散生活污水的研究

張志芳1，陳立愛1，侯紅勛2，張 靜2，楊引浩1
（1.安徽建筑大學(xué)環(huán)境與能源工程學(xué)院，合肥2306011；2.安徽國禎環(huán)保節(jié)能科技股份有限公司，合肥 2300889）

摘要：在溫室型MST裝置中加入人工浮島構(gòu)成生態(tài)/生物一體化裝置，出水經(jīng)過人工濕地深度處理，將此組合工藝用于分散生活污水處理中，研究其可行性。研究發(fā)現(xiàn)當(dāng)COD、NH4+-N、TN進(jìn)水濃度分別為323.46mg/L、25.98mg/L、34.57mg/L時，出水濃度分別為28.79mg/L、0.93mg/L、9.65mg/L，平均去除率分別為89%、96%、72%，達(dá)到了《城鎮(zhèn)污水出水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》一級A標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)，證明了該工藝的可行性。

關(guān)鍵詞：MST ；生物接觸氧化 ；人工浮島；人工濕地；生物/生態(tài)

0　引　言

MST（Mini Sewage Treatment）是針對小城鎮(zhèn)分散生活污水而研發(fā)出的新型一體化處理裝置，該裝置將裝有懸浮式填料的模塊和彈性懸掛式填料的新型氣提反應(yīng)模塊淹沒在曝氣池內(nèi)，將不同的物理、生化反應(yīng)過程置于同一反應(yīng)器內(nèi)形成一個完整的處理系統(tǒng)。該一體化裝置簡化了傳統(tǒng)的接觸氧化工藝，污泥產(chǎn)量小，運(yùn)行穩(wěn)定，管理方便，占地面積小，對氨氮和COD的處理效果比較好，但對總氮的處理能力有限［1-3］。本試驗(yàn)是在MST裝置的基礎(chǔ)上進(jìn)行了改進(jìn)，將一體化裝置進(jìn)行保溫，并且與人工浮島生態(tài)處理技術(shù)及人工濕地深度處理工藝相結(jié)合，研究改進(jìn)裝置對污水的處理效果，為后期裝置的實(shí)際推廣應(yīng)用提供技術(shù)借鑒。

1　進(jìn)水水質(zhì)及水量

本試驗(yàn)在合肥市經(jīng)開區(qū)污水處理廠進(jìn)行，旋流沉砂池出水虹吸流入裝置的預(yù)反應(yīng)區(qū)，通過管道上的閥門及轉(zhuǎn)子流量計(jì)控制進(jìn)水量，每天上午9：00-17：00為300L/h，17：00-次日9：00為180L/h，COD、NH4+-N、TN均值分別為323.46mg/L、25.98mg/L、34.57mg/L。

2　試驗(yàn)裝置及運(yùn)行參數(shù)的控制

本試驗(yàn)采用MST（Mini Sewage Treatment）即“小型污水處理”中試裝置+人工濕地處理工藝，該裝置是以生化處理為基礎(chǔ)，由預(yù)反應(yīng)區(qū)、懸浮填料反應(yīng)區(qū)和氣提反應(yīng)區(qū)組成的生物接觸氧化與生物流化床結(jié)合的一體化處理設(shè)備，裝置如下圖1所示，材質(zhì)為不銹鋼，池壁內(nèi)設(shè)插板槽，通過改變插板的位置可以調(diào)節(jié)裝置的運(yùn)行工況。裝置外加蓋陽光房，陽光房尺寸為8m×5m×5m，骨架為鋁合金，主體采用PC陽光板，通風(fēng)采用自然通風(fēng)即在溫室四周開設(shè)通風(fēng)窗，在溫度較低時關(guān)閉通風(fēng)窗對裝置進(jìn)行一定的保溫。

圖1　實(shí)驗(yàn)裝置構(gòu)造圖

①預(yù)反應(yīng)區(qū)：裝置外形尺寸為100cm×149cm×144cm，有效容積為1.64m3 ，裝置內(nèi)部放置0.5m3的粒狀柱懸浮填料、穿孔曝氣管一根，填料上部設(shè)置人工浮床16個，種植菖蒲、水蔥、千屈菜等水生植物。

②懸浮填料反應(yīng)區(qū)：裝置外形尺寸140cm×149cm×144cm，有效容積為2.29m3；內(nèi)部設(shè)置懸浮反應(yīng)模塊，模塊內(nèi)部為0.6m3的柱狀懸浮填料（Φ×H=25mm×12mm），模塊下方設(shè)置3根管式曝氣器（Φ×L=63mm× 500mm）；試驗(yàn)中控制氣水比為10：1。

③氣提反應(yīng)區(qū)：裝置外形尺寸210cm ×149cm×144cm，有效容積為3.44m3 ；裝置內(nèi)部設(shè)置一氣提反應(yīng)模塊，外形尺寸為173cm×125cm×115cm，氣提模塊出水側(cè)設(shè)置一段45°的斜坡以便污泥滑落，氣提區(qū)下方裝有懸掛式Y(jié)DT型彈性立體填料，填料的體積為1.5m3，填充高度為0.7m，內(nèi)部安裝曝氣器1個，實(shí)驗(yàn)中氣水比為17.1：1，空氣提升器距池底0.3m，由空氣管、揚(yáng)水管、濺水盤、導(dǎo)流板等組成；氣提模塊上方設(shè)置人工浮島12個，里面種植旱傘草、美人蕉、番茄樹等水生植物［4］。

④濕地系統(tǒng)：該試驗(yàn)采用垂直復(fù)合潛流型人工濕地，填料選擇碎石和礫石，且分兩級處理，第一級為下向流內(nèi)部種植美人蕉，第二級為上向流內(nèi)部種植蘆葦，單級有效尺寸為320cm×400cm×125cm，有效水深為0.95m，兩級出水端分別設(shè)置取樣渠，總寬度為1m。

3　分析和檢測方法

試驗(yàn)過程中COD、NH4+-N、TN、TP含量的測定均按《水和廢水監(jiān)測分析方法》（第4版）測定，其中COD采用快速密閉催化消解法，TN采用過硫酸鉀氧化-紫外分光光度法，NH4+-N采用納氏試劑分光光度法。

4　試驗(yàn)結(jié)果與討論

試驗(yàn)裝置采用合肥經(jīng)開區(qū)水廠氧化溝里面的活性污泥進(jìn)行接種，經(jīng)過15～20d的馴化，待出水穩(wěn)定后，使裝置連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行，固定時刻去采樣檢測，裝置的去除效果見下圖2-7所示：

圖2　進(jìn)水量為180L/h時NH4＋-N的去除效果

圖3　進(jìn)水量為300L/h時NH4＋-N的去除效果

由圖2與3可知，進(jìn)水NH4+-N濃度晚上較白天小但波動大，當(dāng)NH4+-N進(jìn)水濃度較高時，裝置出水NH4+-N濃度也會有所升高，去除率也會隨之下降，這是由于裝置內(nèi)的硝化菌在進(jìn)水負(fù)荷增大時，需要一定的適應(yīng)階段，但裝置對NH4+-N的平均去除率≥80%，經(jīng)過濕地的深度處理之后NH4+-N出水濃度基本≤2mg/L左右，NH4+-N整體的平均去除率≥90%，出水達(dá)到了城鎮(zhèn)污水處理廠一級A標(biāo)準(zhǔn)。

圖4　進(jìn)水量為180L/h時COD的去除效果

由圖4與5可知，在水廠進(jìn)水COD濃度波動較大的情況下，裝置出水和總出水COD濃度都比較穩(wěn)定，可見該組合工藝具有很強(qiáng)的抗沖擊負(fù)荷能力。裝置的平均去除率≥70%，總?cè)コ省?5%，出水水質(zhì)也穩(wěn)定在一級A標(biāo)準(zhǔn)之上。

許航等［5］在只用氣提式氧化裝置的情況下研究其對生活污水的處理效果，研究表明在氣水比為16.8：1、水力負(fù)荷為4.8m3/（m3.d）的條件下，對COD和NH4+-N的平均去除率也達(dá)到了80.1%和58%，且裝置的出水穩(wěn)定、抗沖擊負(fù)荷強(qiáng)。穆玉均等［6］在8～15℃溫度較低的情況下發(fā)現(xiàn)氣提式接觸氧化反應(yīng)器掛膜成功后對COD、NH4+-N的去除率平均為83.1%和69.9%，出水COD、NH4+-N都能達(dá)到一級A標(biāo)準(zhǔn)，顯示出了氣提氧化裝置對低溫環(huán)境的適應(yīng)性。

同時王鶴霏等［7］的實(shí)驗(yàn)結(jié)果也表明，人工浮島對景觀水體中氮、磷和COD的去除也有明顯的效果。近年來人們對人工浮島降解水體中污染物的研究越來越重視，其中鄧志強(qiáng)［8］認(rèn)為人工浮島對污染物的去除機(jī)制主要有三個方面：1）植物吸收 植物通過吸收污水中的氮磷供其自身的生長，將植物收割后氮磷便從水體中去除；2）微生物生化作用 浮床下面生長著大量細(xì)菌、真菌、原生動物等微生物，且植物根系也為微生物的附著提供了良好的載體，微生物在進(jìn)行新陳代謝時將水中的污染物去除。植物的光合作用提高了根系處溶解氧的含量，使微生物的硝化反應(yīng)得以進(jìn)行，將水中的氨氮和有機(jī)氮轉(zhuǎn)化為硝態(tài)氮，在溶解氧較低處，微生物進(jìn)行反硝化反應(yīng)，將硝態(tài)氮還原為為氮?dú)馔瓿擅摰?）物理作用 在植物根系表面進(jìn)行的吸附、離子交換、絡(luò)合等作用，將水體中的膠體沉淀下來，同時浮床可以減緩進(jìn)水流速減小水體擾動，污水中較大的顆粒物便沉入反應(yīng)器底部，進(jìn)而降低污水中的SS濃度。

潘志勇［9］通過將美人蕉、燈芯草、菖蒲等多種植物進(jìn)行組合構(gòu)建人工浮島，并研究了在動態(tài)條件下其對生活污水中氮磷的去除效果，結(jié)果顯示當(dāng)停留時間為7d時，TN、NH4+-N、TP的平均去除率為66.4%、79.6%、78.1%，證明了組合植物的人工浮島在污水處理中具有良好的應(yīng)用前景。

由于裝置缺乏好氧缺氧交替的環(huán)境，使得反硝化細(xì)菌不能成為優(yōu)勢菌種反硝化脫氮，因此裝置對TN的去除主要依靠植物根系的吸收、附著在植物根系及填料的生物膜內(nèi)部存在的反硝化作用，所以TN的平均去除率只有40%。詳見下圖6與7所示：

圖6　進(jìn)水量為180L/h時TN的去除效果

圖7　進(jìn)水量為300L/h時TN的去除效果

人工濕地對氮的去除主要有植物的吸收，基質(zhì)的吸附、過濾、沉淀以及微生物的硝化和反硝化作用，其中微生物生化作用是濕地脫氮的主要途徑。濕地水面表層的溶解氧含量較高，基質(zhì)底層含氧量較低，在水流從下向流到上向流的過程中微生物的作用也從硝化作用占主導(dǎo)變成了反硝化作用占主導(dǎo)，反硝化菌最終將硝態(tài)氮轉(zhuǎn)化成氮?dú)饧右葬尫?，從而達(dá)到脫氮的目的。水流進(jìn)入濕地后NH4+-N和COD的去除率沒有顯著的變化，而TN的去除率得到了明顯的提高，平均去除率從40%提高到72%，實(shí)現(xiàn)了總氮出水達(dá)到一級A標(biāo)準(zhǔn)的要求［10］。雖然在人工濕地系統(tǒng)中微生物的硝化與反硝化作用占主導(dǎo)，但基質(zhì)與植物的類型對氮磷的去除也有影響，因此為提高污水中氮磷的去除效率我們也要根據(jù)環(huán)境選擇適合的植物，最大可能的發(fā)揮人工濕地的處理作用［11］。馬琳等［12］也認(rèn)為采用生物/生態(tài)+人工濕地這種投資低、運(yùn)行穩(wěn)定、管理維護(hù)方便的組合技術(shù)是解決中國農(nóng)村污水處理的主要途徑。

5　結(jié)論

（1）MST裝置對NH4+-N、COD的去除率都≥80%，對總氮的平均去除率為40%，與人工濕地組合后，出水NH4+-N、COD的平均去除率分別為98%、90%，總氮的平均去除率上升到72%，出水均到了《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》一級A標(biāo)準(zhǔn)。

（2）溫室能保證處理裝置在冬季夜間的溫度在8～15℃，使人工浮島中的植物和水中的微生物能有較高的活性，確保出水水質(zhì)穩(wěn)定，與人工濕地相結(jié)合，整個工藝抗沖擊負(fù)荷能力強(qiáng)，尤其是針對分散生活污水水質(zhì)、水量變化大的特點(diǎn)，該工藝具有良好的適應(yīng)性。

參考文獻(xiàn)

［1］周健，王海，陳智恒，等.小城鎮(zhèn)污水組合式生物_生態(tài)協(xié)同處理效能生產(chǎn)性試驗(yàn)研究［J］.給水排水，2014， 40（1）：34-38.

［2］梅鵬里.MST小城鎮(zhèn)污水處理技術(shù)研究［D］.合肥：合肥工業(yè)大學(xué)， 2014.

［3］梅鵬里，汪家權(quán)，王淦.MST一體化裝置處理小城鎮(zhèn)生活污水技術(shù)討論［J］. 廣東化工， 2014， （41）： 126-128.

［4］張靜，侯紅勛，王淦，等.小型一體化污水處理設(shè)備工藝研究［J］.工業(yè)用水與廢水，2014，45：60-64.

［5］許航，陳衛(wèi).氣提式接觸氧化法處理生活污水的研究［J］.中國給水排水，2007，23（5）：90-96.

［6］穆玉均，王維紅，彭維.氣提式接觸氧化法的低溫實(shí)驗(yàn)研究［J］. 水處理技術(shù)， 2014， 40（9）： 93-95.

［7］王鶴霏，賈艾晨，張曉東，等.人工浮島對城市景觀用水水質(zhì)凈化效果的研究［J］.環(huán)境保護(hù)科學(xué)， 2013（5）： 14-17.

［8］鄧志強(qiáng).人工浮床凈化污染水體中氮磷的研究［D］.北京：中國科學(xué)院大學(xué)，2013.

［9］潘志勇.人工浮島中處理生活污水的試驗(yàn)研究［J］.海峽科學(xué)，2011（6）：97-99 .

［10］賀鋒，吳振斌，陶菁，等.復(fù)合垂直流人工濕地污水處理系統(tǒng)硝化與反硝化作用［J］.環(huán)境科學(xué)， 2005，26（1）：47-50.

［11］熊家晴，王亭如，王曉昌.復(fù)合人工濕地示范工程的脫氮除磷效果研究［J］.中國給水排水， 2013，29（21）：75-77.

［12］馬琳，賀鋒.我國農(nóng)村生活污水組合處理技術(shù)研究進(jìn)展［J］. 水處理技術(shù)，2014，40（10）：1-5.

Study on decentralized domestic sewage treatment by integrating theimproved MST and artificial wetland

ZHANG Zhifang1，CHEN Liai1，HOU Hongxun2，ZHANG Jing2，YANG Yinhao1
（1..School of Environment and Energy Engineering ，Anhui JianzhuUniversity，Hefei 230601，China；2.Anhui Guozhen Environmental Protection Science and Technology co ，Ltd.， Hefei 230088，China）

Abstract：The biological ecological integrated device is formed after putting artificial floating island into the greenhouse-like MST integrated device ，and the effuent of it fows through the constructed wetlands which is to achieve advanced treatment，In order to prove whether it is feasible ，this process is used to treat the decentralized domestic sewage.The study finds out that when the influent concentration of COD、NH4+-N、TN is 323.46mg/ L、25.98mg/L、34.57mg/L，the effluent concentration of COD、NH4+-N、TN is 28.79mg/L、0.93mg/L、9.65mg/ L respectively ，the average removal rate can achieve 89%、96%、72% separately reaching the A level of discharge standard of pollutants for municipal wastewater treatment ，which demonstrates that the process is viable.

Keywords：MST； bio-contact oxidation； Artificial floating island； constructed wetlands； Biological ecological integrated device

作者簡介：張志芳（1991-），女，碩士研究生，主要研究方向?yàn)槲鬯幚砝碚撆c研究。

收稿日期2015-06-08

DOI:10.11921/j.issn.2095-8382.20160213

中圖分類號：X703.1

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：2095-8382（2016）02-065-05