地下滲濾系統(tǒng)添加微曝氣處理生活污水強化脫氮的研究

姬雅彤 袁浩文

摘 要：從地下滲濾系統(tǒng)入手，針對其脫氮效率低、易堵塞等缺點，將土壤與爐渣1：1充分混合，并在系統(tǒng)中依次添加5%的活性污泥，在相同的水力負荷、污染負荷，不同曝氣量的情況下進行研究。實驗結果表明：在好氧層曝氣的情況下出水NH4+-N明顯降低。

關鍵詞：地下滲濾系統(tǒng)；脫氮；活性污泥；微曝氣

地下滲濾系統(tǒng)（subsurface infiltration system，SIS）是一種適合用于處理分散式污水有效的生態(tài)工程技術，污水在土壤-微生物的共同作用下，通過物理吸附、化學沉淀、微生物降解等過程得到凈化[1]。地下滲濾系統(tǒng)是土地土地處理系統(tǒng)的一種，除了具有基建和運行費用低，幾乎不需維護的優(yōu)點之外，因為整個系統(tǒng)埋在地下，能夠有效防止人工濕地蚊蠅臭味，不影響地面的使用功能，且有利于保溫，使得系統(tǒng)可以在低溫環(huán)境下能夠穩(wěn)定運行[2]。

在地下滲濾系統(tǒng)中，氮的脫除途徑有反硝化、植物吸收、土壤固定和氨氮揮發(fā)等，其中生物硝化、反硝化過程是最主要的途徑，但目前存在處理負荷低、總氮去除率低、易堵塞的問題，限制了該技術的推廣應用。本研究就是通過對系統(tǒng)填料的篩選優(yōu)化和運行參數(shù)的選擇來解決上述問題。

1 材料與方法

1.1處理系統(tǒng)

構建五個實驗裝置，填料方式由上至下依次為：礫石層10cm、砂層10cm、復合填料層70cm、土和砂混合層5cm、礫石層5cm。分別為1#—5#。其中，復合填料層為爐渣：土：活性污泥=9.5：9.5：1，2#、3#和4#、5#曝氣量分別為1000mL/min、1500mL/min。

1.2試驗水質及測定項目和方法

實驗室通過采集生活污水，控制污水水質如表2所示。試驗測定項目為化學需氧量（COD）、總氮（TN）、氨氮（NH4+-N）分別采用重鉻酸鉀氧化法、過硫酸鉀氧化-紫外分光光度法及納氏試劑光度法測定。

1.3試驗方法

試驗中設計了一組為12 cm/d水力負荷，并控制污染因子COD、氨氮、總磷和總氮的含量，進水由控制閘閥來調節(jié)，出水口處于開放狀態(tài)，由收集裝置收集，以便對出水進行采集與測定。試驗中采用單因素試驗方法，干濕比采用3：1。

2 結果與討論

2.1系統(tǒng)的啟動

在水力負荷和污染負荷分別為12 cm/d和COD 150 mg/L的條件下，以COD的去除效果為指標，評價生物基質SIS 的啟動周期。由于系統(tǒng)啟動階段出水污染物含量不穩(wěn)定，故2天取水測量一次。SIS中，去除COD主要是通過土壤中微生物的代謝活動來完成的，NH4+-N可被土壤基質吸附，但主要去除的途徑還是微生物把NH4+-N硝化成硝酸鹽氮。一般認為，對于活性污泥法等均勻混合型反應器來說，出水達到相應排放標準并能穩(wěn)一周即視為啟動完成[3]。

2.2曝氣量對處理效果的影響

在試驗過程中設置了兩組曝氣，曝氣量根據(jù)進水量的大小粗略計算，以葡萄糖150mg/L為例，根據(jù)其完全氧化需要氧的量為112mL/L，但是考慮到氣體在水中的溶解率與空氣中的含氧量等因素，確定研究曝氣量分別為1000mL/min和1500mL/min，曝氣時間與進水時間一致。下圖2與圖3中的1、2和3及4和5裝置曝氣量分別為0、1000與1500mL/min。

由圖可以看出出水COD和氨氮濃度都會隨曝氣量的增加而降低，但是對于氨氮來說曝氣量增加2和3出水濃度基本相等。分析：氨氮與COD的去除主要是微生物進行有氧呼吸，通過生命代謝來完成的，氧在過程中起著極為重要的作用[4]，當氧氣含量增加COD和氨氮的去除效率也隨之增加，但是當氧氣達到一定限值后就不成為限制因素，限制因素可能是空間、營養(yǎng)物質或微量元素等，所以2、3和4、5裝置在曝氣量不同時氨氮去除效率基本相同。

相比于之前做水力負荷和污染負荷，添加了曝氣不僅提高了COD和氨氮的去除效效率，而且也改善了水力狀況，在氣流的沖擊下改善了表面土層孔隙率減小的狀況，為裝置在較大負荷下工作提供了可能。

3 結 論

綜合以上生物基質應用效果分析，總結得出以下結論：

1.裝置添加曝氣，出水COD與氨氮去除效率的到不同的提高，COD與氨氮去除率最高可以達到94%與96%；

2.裝置添加曝氣后在一定程度上改善了復合填料上層的填料結構，增加了填料的孔隙率，改善了裝置長時間運行的堵塞狀況。

3.裝置添加曝氣后總氮去除效果受到了影響，去除效率下降，是由于復合填料下層缺少碳源，從而導致C/N不合理，不利于反硝化的進行。

參考文獻：

[1]李英華，李海波，王 鑫，等.生物填料地下滲濾系統(tǒng)對生活污水的脫氮[J].環(huán)境工程學報，2013，7（9）：3369-3374.

[2]鄭彥強，盧會霞，許 偉，等.地下滲濾系統(tǒng)處理農(nóng)村生活污水的研究[J].環(huán)境工程學報，2010，4（10）：2235-2238.

[3]鄧洪權，潘永亮，楊平.內循環(huán)三相生物流化床啟動特性實驗研究 [J].環(huán)境科學與技術，2001，93（1）：12-15.

[4]潘晶，孫鐵珩，地下滲濾系統(tǒng)微生物特征及強化脫氮工藝研究[D]，東北大學博士學位論文，沈陽，2009：2-3.

作者簡介：

姬雅彤（1995.09.17-）女，漢族，河南省鶴壁市，身份證號：410602199509174525，本科生，研究方向：環(huán)境工程

袁浩文（1996.04.17- ）男，漢族，江西省九江市，身份證號：360403199604170611，本科生，研究方向：環(huán)境工程