某城市污水處理廠二級出水的人工濕地深度處理運行效果分析

戴楊葉

(上海市凈化技術(shù)裝備成套有限公司，上海 200120)

近年來，水體的富營養(yǎng)化現(xiàn)象日益嚴(yán)重，為了改善提高受納水體的水環(huán)境質(zhì)量，二級處理出水亟待深度處理。而人工濕地作為一種生態(tài)水處理技術(shù)，目前已在各種污水處理中得到廣泛的應(yīng)用[1]。其有著建造和運行費用低、易于維護、能耗低、美化環(huán)境等自身獨特的優(yōu)勢，為二級處理出水水質(zhì)的提高提供了更好的選擇。

1 工程概況

該城市污水處理廠一期工程規(guī)模為5萬m3/d，采用廠內(nèi)倒置AAO+廠外人工濕地工藝，進水工業(yè)廢水與生活污水的比例約為4∶6，廠內(nèi)出水水質(zhì)達(dá)到《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB 18918—2002)中一級B類標(biāo)準(zhǔn)。濕地出水水質(zhì)達(dá)到《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB 18918—2002)中一級A類標(biāo)準(zhǔn)及《城市污水再生利用 景觀環(huán)境用水》(GB/T 18921—2002)標(biāo)準(zhǔn)。尾水最終入海。污水廠2007年開工建設(shè)，整體工程于2010年完成竣工驗收，投入運行。

1.1 設(shè)計進出水水質(zhì)

該廠設(shè)計進出水水質(zhì)如表1所示。

表1 設(shè)計進出水水質(zhì)Tab.1 Designed Water Quality for Influent and Effluent

1.2 工藝流程

工藝流程如圖1所示。進水經(jīng)過粗格柵/進水泵房，由泵提升后進入細(xì)格柵/曝氣沉砂池，沉砂池出水經(jīng)重力進入生化池；然后在二沉池進行泥水分離，出水經(jīng)過配水井進入廠外人工濕地，尾水通過次氯酸鈉消毒后排放至受納水體。

圖1 工藝流程圖Fig.1 Process Flow Chart

1.3 主要工藝參數(shù)

工藝參數(shù)如表2所示。

表2 倒置AAO及人工濕地設(shè)計參數(shù)Tab.2 Design Parameters of Inverted AAO and Constructed Wetland

(續(xù)表)

2 運行效果分析

該污水處理廠目前工藝運行基本穩(wěn)定，根據(jù)實際測得的進出水統(tǒng)計數(shù)據(jù)分別對廠內(nèi)出水及濕地排放的尾水進行分析，CODCr、BOD5、SS、NH3-N、TN和TP的進出水處理效果如下。

2.1 有機物的去除效果分析

由圖2、圖3可知，該廠進水CODCr及BOD5月均值波動較大，變化趨勢相似，夏季進水濃度較低，冬季較高。

圖2 CODCr處理效果Fig.2 Effect of CODCr Removal

12月～次年4月，進水CODCr月均值高于400 mg/L，CODCr及BOD5平均值為357 mg/L及145 mg/L。廠內(nèi)出水CODCr及BOD5均值分別為48、9 mg/L，達(dá)標(biāo)率為89.89%、100%，對CODCr及BOD5的平均去除率為84.65%、92.50%。濕地出水CODCr及BOD5波動較小，均值分別為35、5 mg/L，達(dá)標(biāo)率分別為98.36%、97.37%，對CODCr及BOD5的平均去除率為4.26%、3.63%。

圖3 BOD5處理效果Fig.3 Effect of BOD5 Rremoval

以上數(shù)據(jù)說明，倒置AAO+人工濕地工藝在處理CODCr及BOD5指標(biāo)較低的進水時具有良好的效果，濕地出水去除率較廠內(nèi)出水更為穩(wěn)定。倒置AAO流態(tài)接近完全混合式，對于進水的沖擊具有較好的平衡能力；濕地基質(zhì)、植物和微生物是人工濕地的三大基本要素，能有效地轉(zhuǎn)化與去除污染物?；|(zhì)通過沉淀和吸附起去除污染物的作用，植物通過直接吸收、利用污水中可利用態(tài)的營養(yǎng)物質(zhì)，或通過微生物呼吸為細(xì)菌提供多樣性生境而降解多種污染物。同時人工濕地對污水的負(fù)荷波動有一定的自適應(yīng)能力，抗沖擊能力較強[2]。在經(jīng)過濕地的處理后，CODCr及BOD5指標(biāo)達(dá)標(biāo)率維持在較高水平。

2.2 氮的去除效果分析

由圖4、圖5可知，進水NH3-N及TN月均值普遍低于設(shè)計值，平均值分別為23.9、35.4 mg/L。廠內(nèi)出水NH3-N及TN均值分別為0.9、14.1 mg/L，達(dá)標(biāo)率為99.45%、91.52%，對NH3-N及TN的平均去除率為96.37%、56.55%。濕地出水NH3-N及TN均值分別為0.7、10.8 mg/L，達(dá)標(biāo)率分別為100%、98.79%，對NH3-N及TN的平均去除率為0.67%、9.05%。

圖4 NH3-N處理效果Fig.4 Effect of NH3-N Removal

圖5 TN處理效果Fig.5 Effect of TN Removal

以上數(shù)據(jù)顯示生物脫氮工藝效果顯著。其原因主要是倒置AAO工藝通過提高處理系統(tǒng)內(nèi)的污泥濃度，強化了好氧區(qū)內(nèi)的同步反硝化作用；人工濕地通過生物脫氮、物化作用和植物吸收等多種方式進行有效脫氮，其有氧區(qū)的硝化細(xì)菌和厭氧區(qū)的反硝化細(xì)菌共同作用[3-4]，實現(xiàn)了對氮的有效去除。

2.3 磷的去除效果分析

由圖6可知，進水TP月均值變化幅度較大，為3.3～16.3 mg/L，夏季進水TP明顯高于設(shè)計值。廠內(nèi)出水TP均值為0.8 mg/L，達(dá)標(biāo)率為83.89%，對TP的平均去除率為88.85%。濕地出水TP均值為0.4 mg/L，達(dá)標(biāo)率別為100%，對TP的平均去除率為3.75%。

圖6 TP處理效果Fig.6 Effect of TP Removal

廠內(nèi)倒置AAO工藝增加了系統(tǒng)脫氮除磷所需的碳源，聚磷菌經(jīng)過厭氧釋磷后直接進人生化效率較高的好氧環(huán)境，其在厭氧狀態(tài)下形成的吸磷動力可以得到充分利用，提高了處理系統(tǒng)的除磷能力。濕地出水去除率較廠內(nèi)出水去除率波動更小，人工濕地依賴濕地基質(zhì)、水生植物和微生物以及三者之間的聯(lián)合作用，通過一系列復(fù)雜的物理、化學(xué)以及生物的途徑，進一步提高了除磷的效果[5]。其中濕地中豐富的植物在不同程度上發(fā)揮直接吸收或提供微生物生長環(huán)境間接降解的作用，強化了人工濕地對磷的去除效果。

2.4 SS的去除效果分析

由圖7可知，進水SS月均值為165～533 mg/L，12月～次年3月進水SS月均值高于設(shè)計值。廠內(nèi)出水SS均值為15 mg/L，達(dá)標(biāo)率為94.26%，對SS的平均去除率為93.76%。濕地出水SS均值為6 mg/L，達(dá)標(biāo)率別為93.17%，對SS的平均去除率為3.58%。原水經(jīng)過倒置AAO+人工濕地工藝，尾水SS基本能夠達(dá)到或優(yōu)于運行出水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。

圖7 SS處理效果Fig.7 Effect of SS Removal

3 經(jīng)濟分析

該城市污水處理廠總投資為8 800萬元，其中濕地投資為2 800萬元；總運行成本1.15元/t水，其中濕地維護成本約0.192元/t水。

4 結(jié)論及建議

(1)該污水廠對CODCr、BOD5、TP、NH3-N、TN和SS的年平均去除率分別達(dá)到88.91%、96.13%、92.60%、97.04%、65.60%和97.35%；其中濕地對CODCr、BOD5、TP、NH3-N、TN和SS的年平均去除率分別為4.26%、3.63%、3.75%、0.67%、9.05%、3.58%。尾水達(dá)標(biāo)率分別為98.36%、97.37%、100%、100%、98.79%、93.17%。說明二級處理+人工濕地技術(shù)處理效果穩(wěn)定，“一、二級垂直流+自由表面流+水平流強化濾床”人工濕地具有良好的深度凈化效果，該技術(shù)具有一定的參考價值。

(2)在進水負(fù)荷變化較大的情況下，濕地出水CODCr、BOD5、TP、NH3-N、TN和SS變化分別為16.7～55.2、2.0～12.0、1～19、0.02～4.60、4.13～16.24、0.18～0.90 mg/L。經(jīng)方差計算，進、出水CODCr的方差分別為21 649.55和50.51，進、出水BOD5的方差分別為4 634.79和3.38，進、出水TP的方差分別為18.97和0.01，進、出水NH3-N的方差分別為88.30和0.77，進、出水TN的方差分別為186.55和7.12，進、出水SS的方差分別為23 744.29和9.80。方差分析顯示，二級處理+人工濕地技術(shù)具有較強的抗負(fù)荷沖擊的能力。

(3)建議結(jié)合污水廠穩(wěn)定的運行效果，進行相關(guān)的數(shù)值模型模擬研究，不僅可以為污水廠更好的運行管理服務(wù)，同時為城市污水處理廠二級處理+人工濕地技術(shù)的應(yīng)用提供相關(guān)的參考依據(jù)。

[1]陳浩,崔康平,許為義,等.污水廠尾水的人工濕地處理工藝及植物篩選[J].凈水技術(shù),2014,33(1):50-53.

[2]楊春梅.長沙市坪塘污水處理人工濕地系統(tǒng)工藝設(shè)計與運行效果研究[D].長沙:中南林業(yè)科技大學(xué),2013.

[3]張敏,何圣兵,王海瑞,等.人工濕地脫氮研究進展[J].凈水技術(shù),2011,30(1):8-11,83.

[4]管策,郁達(dá)偉,鄭祥,等.我國人工濕地在城市污水處理廠尾水脫氮除磷中的研究與應(yīng)用進展[J].農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報,2012,31(12):2309-2320.

[5]李曉東,孫鐵珩,李海波,等.人工濕地除磷研究進展[J].生態(tài)學(xué)報,2007,27(3):1226-1232.