多介質(zhì)膜生物反應(yīng)器-復(fù)合人工濕地組合工藝處理農(nóng)村生活污水中試試驗(yàn)

劉璐　孫利利　陳建　馬金　柯凡

摘要 根據(jù)派河支流光明大堰河流域范圍內(nèi)產(chǎn)生的農(nóng)村生活污水NH3-N、COD含量超標(biāo)的特點(diǎn)，以濕地技術(shù)為核心，設(shè)計(jì)了BA-MBR+復(fù)合人工濕地組合處理技術(shù)模型。模型經(jīng)過(guò)調(diào)試運(yùn)行，隨著掛膜逐漸成熟后，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)出水質(zhì)進(jìn)行監(jiān)測(cè)與分析。結(jié)果顯示該系統(tǒng)對(duì)SS、CODCr、TN、NH3-N、TP平均去除率分別達(dá)90%、55%、42%、75%、30%。該工藝采用多級(jí)曝氣，增加溶解氧含量，對(duì)氨氮去除效果明顯，提高脫氮效率。整套系統(tǒng)內(nèi)部形成“好氧-厭氧”的環(huán)境，有效削減污染物含量，脫氮除磷效果較好。該工藝適用于處理農(nóng)村生活污水，且工藝采用濕地凈化技術(shù)，運(yùn)行成本低，村鎮(zhèn)融合效果好，環(huán)境、生態(tài)效益好，易于在農(nóng)村地區(qū)推廣。

關(guān)鍵詞 復(fù)合人工濕地;巢湖;農(nóng)村生活污水;凈化效果

中圖分類(lèi)號(hào) X799.3文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A

文章編號(hào) 0517-6611（2019）21-0077-05

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2019.21.024

開(kāi)放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識(shí)碼（OSID）：

Pilot Test of Medium Membrane BioreactorComposite Constructed Wetland Combination Process for Treatment of Rural Domestic Sewage

LIU Lu1，SUN? Lili2，CHEN Jian3 et al

（1.School of The Environment， Nanjing University，Nanjing，Jiangsu? 210000;2.Beijing Guohuan Tsinghua Environmental Engineering Design & Research Insitute Co.， Ltd.，Beijing? 100084;3.Hefei University of Technology，Hefei， Anhui 230000）

Abstract According to the characteristics of excess NH3N and COD content of rural domestic sewage generated within the Guangming Dayan River basin， a tributary of Paihe River， the bambr + composite constructed wetland combined treatment technology model was designed with wetland technology as the core. After debugging and running， the water quality in and out of the system was monitored and analyzed as the hanging film gradually matures. The results showed that the average removal rates of SS， CODCr， TN， NH3N and TP in the system reached 90%， 55%， 42%， 75% and 30% respectively. This process adopted multistage aeration to increase the content of dissolved oxygen， obviously removed ammonia nitrogen and improved the efficiency of nitrogen removal. An "aerobicanaerobic" environment was formed in the whole system， which could effectively reduce the content of pollutants and achieve better denitrification and phosphorus removal. This process was? suitable for the treatment of rural domestic sewage， and the process adopted wetland purification technology， with low operating cost， good integration effect of villages and towns， good environmental and ecological benefits， and easy to be popularized in rural areas.

Key words Composite constructed wetland;Lake Chao;Rural domestic sewage;Purification effect

基金項(xiàng)目 國(guó)家“十三·五”水體污染控制與治理科技重大專(zhuān)項(xiàng)（2017ZX07603-004）。

作者簡(jiǎn)介 劉璐（1988—），女，河北張家口人，碩士研究生，研究方向：環(huán)境保護(hù)。

通信作者，助理研究員，博士，從事專(zhuān)業(yè)湖泊生態(tài)與環(huán)境工程研究。

收稿日期 2019-04-17

巢湖是我國(guó)五大淡水湖之一，其總流域面積1.35萬(wàn)km2，流域內(nèi)涉及安徽省內(nèi)5市16縣[1]，流域內(nèi)河流眾多，水資源豐富。根據(jù)《巢湖2005—2014年湖體水質(zhì)狀況》[2]顯示湖體內(nèi)水質(zhì)超過(guò)地表水Ⅲ類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)，總氮、總磷為主要超標(biāo)污染物，據(jù)監(jiān)測(cè)資料顯示，西半湖水質(zhì)受到重度污染，水質(zhì)狀況為劣Ⅴ類(lèi)水質(zhì);東半湖水質(zhì)為輕度污染，水質(zhì)狀況為Ⅳ類(lèi)水質(zhì)[2]。其中派河作為巢湖入湖河流之一，其入湖水量雖不到巢湖入湖水量的10%，但總氮、總磷入湖負(fù)荷占巢湖入湖負(fù)荷的15%左右。為減輕巢湖西半湖富營(yíng)養(yǎng)化問(wèn)題，削減入湖污染負(fù)荷，在派河下游構(gòu)建清水廊道、保障入湖水質(zhì)十分必要;另一方面，為解決淮河水污染嚴(yán)重和水資源缺乏問(wèn)題，“引江濟(jì)淮”工程已動(dòng)工，派河作為調(diào)水通道，其水質(zhì)狀況也與調(diào)水條件所要求的Ⅲ類(lèi)水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)相差較大，派河水污染治理非常迫切。光明大堰河作為派河一級(jí)支流，處在派河下游地區(qū)，其小流域范圍內(nèi)污染物削減、保障入湖水質(zhì)得到改善提升成為主要任務(wù)。

光明大堰河主要流經(jīng)村莊、農(nóng)田，其流域內(nèi)農(nóng)村生活污水排放量大，且每天污水排放不連續(xù)，水量日變化系數(shù)大[3]，但由于農(nóng)村生活的特點(diǎn)及習(xí)慣，加上沒(méi)有集中設(shè)置污水處理設(shè)施，未經(jīng)處理隨意排放的污水直接排入河流，污水中有機(jī)物含量較高[4]，造成河道污染。

農(nóng)村生活污水排放分散、來(lái)源廣泛、污水成分復(fù)雜、水質(zhì)水量變化大且排放不成連續(xù)性的特點(diǎn)導(dǎo)致難以采取集中處理的方式。目前我國(guó)農(nóng)村生活污水處理技術(shù)主要有生態(tài)穩(wěn)定塘、土壤滲濾技術(shù)、生物濾池、厭氧沼氣池處理技術(shù)、人工濕地處理技術(shù)[5]。其中生物濾池技術(shù)利用生物膜對(duì)污水進(jìn)行處理，生物活性高，加強(qiáng)對(duì)有機(jī)物的吸附和降解能力，提高硝化能力，出水水質(zhì)好;人工濕地處理技術(shù)是模擬天然濕地建造的，由飽和基質(zhì)、水生植物、動(dòng)物、水體組成[6]，其是一種生態(tài)工程技術(shù)，對(duì)有機(jī)物凈化效果、脫氮除磷效果均有優(yōu)勢(shì)，被廣泛應(yīng)用。

筆者以派河支流光明大堰河流域范圍內(nèi)產(chǎn)生的農(nóng)村生活污水為研究對(duì)象，綜合考慮當(dāng)?shù)厮|(zhì)污染情況，以濕地為核心處理技術(shù)，設(shè)計(jì)了多介質(zhì)膜生物反應(yīng)器+復(fù)合人工濕地組合技術(shù)中試模型。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試中試試驗(yàn)裝置，監(jiān)測(cè)中試試驗(yàn)裝置進(jìn)出水水質(zhì)，分析該中試試驗(yàn)裝置系統(tǒng)對(duì)農(nóng)村生活污水不同污染物的凈化效果，探討和驗(yàn)證該系統(tǒng)工藝設(shè)計(jì)參數(shù)對(duì)于類(lèi)似農(nóng)村生活污水處理的適用性及工藝設(shè)計(jì)上的優(yōu)缺點(diǎn)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

光明大堰河位于安徽省合肥市肥西縣南部，是派河的一級(jí)支流，在派河南岸。光明大堰河流域內(nèi)沿途主要以村莊、農(nóng)田為主，總長(zhǎng)約11 km，小流域面積約27.8 km2，約占派河流域面積的4.7%。

1.2 研究區(qū)水質(zhì)狀況

由于光明大堰河下游缺乏常規(guī)歷史監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，于2016年11和12月對(duì)肥西縣光明大堰河進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查，并沿河流方向自上游至下游設(shè)置6個(gè)斷面進(jìn)行水樣采集，測(cè)試水質(zhì)數(shù)據(jù)，監(jiān)測(cè)考核水質(zhì)指標(biāo)包括COD、NH3-N和TP。

（1）COD指標(biāo)。從圖1可以看出，光明大堰河下游水質(zhì)相對(duì)較好，而上游的1、2號(hào)斷面水質(zhì)較差，2號(hào)斷面COD值達(dá)130.9 mg/L，污染嚴(yán)重，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研，該斷面上游有大量的養(yǎng)殖廢水直接排入河道導(dǎo)致其污染嚴(yán)重。從圖1可以看出，光明大堰河各監(jiān)測(cè)斷面COD指標(biāo)均存在超標(biāo)情況，不能達(dá)到Ⅳ類(lèi)水標(biāo)準(zhǔn)。該地區(qū)養(yǎng)殖場(chǎng)較多，農(nóng)村生活污水以及區(qū)內(nèi)兩岸農(nóng)業(yè)面源混雜，污染物流入水體導(dǎo)致COD超標(biāo)。

（2）NH3-N指標(biāo)。相較于COD指標(biāo)，光明大堰河NH3-N水質(zhì)情況較為嚴(yán)峻，平均含量是地表水IV類(lèi)的2～6倍，氨氮超標(biāo)情況主要受徑流區(qū)內(nèi)農(nóng)村生活污水直接排放入河道的影響，造成河道斷面水質(zhì)突然下降（圖2）。

（3）TP指標(biāo)。由圖3可知，就TP指標(biāo)而言總體不高，第一次采樣中光明大堰河1、3、4號(hào)斷面均達(dá)到地表Ⅳ類(lèi)水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，5號(hào)斷面略超標(biāo);2號(hào)斷面TP含量達(dá)1.38 mg/L。

通過(guò)對(duì)研究區(qū)目標(biāo)水體水質(zhì)監(jiān)測(cè)及初步分析，光明大堰河主要超標(biāo)因子是NH3-N、COD，該指標(biāo)處于Ⅴ類(lèi)水質(zhì)。尤其在2號(hào)斷面，各指標(biāo)水質(zhì)超標(biāo)嚴(yán)重，造成河道斷面水質(zhì)差的主要因素之一是流域內(nèi)農(nóng)村生活污水不經(jīng)處理直接排放入河道中。

47卷21期劉 璐等 多介質(zhì)膜生物反應(yīng)器-復(fù)合人工濕地組合工藝處理農(nóng)村生活污水中試試驗(yàn)

1.3 中試試驗(yàn)裝置

中試試驗(yàn)建設(shè)在安徽省肥西縣上派鎮(zhèn)

污水處理廠內(nèi)，設(shè)計(jì)處理量7 m3/d。主要用于處理安徽省肥西縣上派鎮(zhèn)光明大堰河流域內(nèi)農(nóng)村生活污水。

中試試驗(yàn)設(shè)計(jì)為多介質(zhì)膜生物反應(yīng)單元（BA-MBR）+復(fù)合人工濕地組合技術(shù)。其中多介質(zhì)膜生物反應(yīng)單元為污水處理單元，分為曝氣生物濾池（BAF）和膜生物反應(yīng)器（MBR）;復(fù)合人工濕地組合技術(shù)為濕地深度凈化單元，由微曝氣垂直潛流濕地、水平潛流濕地、生態(tài)氧化塘3個(gè)單元構(gòu)成。

整套中試試驗(yàn)裝置采用3個(gè)φ500 mm柱狀裝置、2個(gè)矩形裝置串聯(lián)，底部封閉進(jìn)水，方式均采用下進(jìn)上出，滿足自流。其中3個(gè)柱狀裝置底部設(shè)置進(jìn)水孔和進(jìn)氣孔，進(jìn)氣孔內(nèi)接曝氣砂頭，柱狀裝置外壁上每隔200 mm 開(kāi)一個(gè)水樣采集孔。距底部200 mm處設(shè)置承托架，上方填充濾料或基質(zhì)。曝氣由一臺(tái)空壓機(jī)提供（Q=0.248 m3/min），以進(jìn)氣管連接底部進(jìn)氣孔。在進(jìn)氣管路上分別設(shè)置調(diào)節(jié)閥和流量計(jì)，以調(diào)控曝氣量。主要處理工藝單元見(jiàn)表1，其中MBR單元膜通量計(jì)20 L/（m2·h），膜面積16 m2。

1.4 監(jiān)測(cè)方法

中試試驗(yàn)裝置于2018年11月建成，12月調(diào)試完成。采取24 h不間斷通水并進(jìn)行觀測(cè);每天對(duì)水質(zhì)進(jìn)

行監(jiān)測(cè)，分析各工藝單元進(jìn)出水水質(zhì)。主要監(jiān)測(cè)指標(biāo)有SS、

CODCr、總氮（TN）、NH3-N、總磷（TP）等。

1.5 分析方法及儀器

采用電子天平、紫外可見(jiàn)分光光度計(jì)、電子恒溫水浴鍋、電熱鼓風(fēng)干燥箱等，對(duì)水中SS、CODCr、TN、NH3-N、TP等指標(biāo)，依據(jù)《水和廢水監(jiān)測(cè)分析方法》（第四版）[7]中的標(biāo)準(zhǔn)方法進(jìn)行測(cè)定。

2 結(jié)果與分析

2.1 水質(zhì)處理指標(biāo)

根據(jù)《巢湖流域城鎮(zhèn)污水處理廠和工業(yè)行業(yè)主要水污染物排放限值》（DB 34/2710—2016）地方標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)巢湖流域城鎮(zhèn)污水處理廠和工業(yè)行業(yè)主要水污染物排放限值的要求，CODCr不超過(guò)50 mg/L，氨氮不超過(guò)5（8）mg/L，總磷不超過(guò)0.5 mg/L。該工藝出水要求CODCr、氨氮、總磷指標(biāo)按照《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB 3838—2002）準(zhǔn)Ⅳ類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行，其中對(duì)總氮不作要求（表2）。

2.2 掛膜與啟動(dòng)

采用自然掛膜的方式，通過(guò)自然培養(yǎng)微生物從而在填料表面形成生物膜。自然掛膜不引入菌種、不向內(nèi)投加營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，主要依靠進(jìn)水中可生物降解的物質(zhì)提供營(yíng)養(yǎng)成分，自然掛膜時(shí)間較長(zhǎng)。2018年12月至2019年1月中旬為掛膜啟動(dòng)階段。

3 結(jié)論

針對(duì)巢湖入湖河流派河水質(zhì)惡化嚴(yán)重，擬在其下游支流光明大堰河流域范圍內(nèi)構(gòu)建清水廊道工程改善河道水質(zhì)及周邊生態(tài)環(huán)境，該研究以光明大堰河小流域農(nóng)村生活污水為研究對(duì)象，按照濕地為核心的處理工藝設(shè)計(jì)了多介質(zhì)膜生物反應(yīng)單元、微曝氣垂直潛流濕地、水平潛流濕地、生態(tài)氧化塘處理技術(shù)模型。其中BA-MBR為污水處理段，有效攔截污染負(fù)荷;復(fù)合人工濕地系統(tǒng)為深度凈化段，有效削減有機(jī)物、氮、磷含量，達(dá)到深度凈化的目的。該系統(tǒng)通過(guò)多級(jí)曝氣，內(nèi)部形成兼氧環(huán)境，營(yíng)造“好氧-厭氧”條件，同時(shí)提高硝化和反硝化作用速率。整套系統(tǒng)利用植物及其叢生物對(duì)農(nóng)村生活污水中無(wú)機(jī)懸浮質(zhì)和有機(jī)碎屑的強(qiáng)化沉降、吸附分解，以及對(duì)營(yíng)養(yǎng)鹽的吸收、利用等功能，去除污水中SS、部分無(wú)機(jī)和有機(jī)氮、磷等各種營(yíng)養(yǎng)鹽，使污水經(jīng)過(guò)一系列的生物凈化后，水質(zhì)得到顯著改善。整個(gè)系統(tǒng)對(duì)于SS平均去除率達(dá)90%;COD的平均去除率達(dá)55%;對(duì)氨氮、TN、TP的平均去除率分別為75%、42%、30%，均有較明顯的凈化效果。隨著生物掛膜的逐步完成，整個(gè)系統(tǒng)脫氮除磷效果逐漸顯現(xiàn)，出水水質(zhì)基本達(dá)到設(shè)計(jì)要求。但該試驗(yàn)正值冬季，整個(gè)系統(tǒng)對(duì)TN、TP的凈化作用受到氣溫、溶解氧量及水力停留時(shí)間的影響，還需進(jìn)一步優(yōu)化工藝參數(shù)。

與傳統(tǒng)污水處理工藝相比，該工藝處理負(fù)荷較靈活，可以徹底解決一般污水處理出水微污染問(wèn)題，適用于農(nóng)村生活污水。且該系統(tǒng)末端采用濕地凈化技術(shù)，污水進(jìn)入河道前經(jīng)過(guò)構(gòu)建的濕地緩沖區(qū)，不僅可以處理農(nóng)村生活污水，有效攔截削減入河污染負(fù)荷，緩沖對(duì)水力和污染負(fù)荷的沖擊，增強(qiáng)河道自凈能力，還可以通過(guò)構(gòu)建較強(qiáng)的濕地景觀植物，提升生態(tài)系統(tǒng)，為野生動(dòng)物提供棲息地，實(shí)現(xiàn)濕地生態(tài)修復(fù)，美化農(nóng)村生態(tài)環(huán)境，對(duì)保護(hù)生態(tài)環(huán)境具有重要意義。該套工藝適合在農(nóng)村地區(qū)小流域內(nèi)進(jìn)行推廣，其可有效削減污染負(fù)荷且景觀性強(qiáng)，易與周邊環(huán)境、村鎮(zhèn)相互融合，建設(shè)生態(tài)文明先行新農(nóng)村。

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