沉水植物氧化塘技術(shù)對村鎮(zhèn)污水廠尾水的深度處理效果

陳斌

摘要 ?采用沉水植物氧化塘技術(shù)對村鎮(zhèn)污水處理廠尾水進行深度處理，探討其處理效果。結(jié)果表明，在水溫18～26 ℃、水力負荷1.20 m3/（m2·d）的條件下，沉水植物氧化塘對尾水表現(xiàn)出較好的處理效果，對NH4+-N的去除率達到97.07%，TP去除率為30.43%，CODCr去除率為43.60%。在國家高度重視農(nóng)村環(huán)境質(zhì)量提升的背景下，沉水植物氧化塘技術(shù)有著十分廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域。

關(guān)鍵詞 ?沉水植物氧化塘；污水處理廠；尾水；提標改造工程

中圖分類號 ?X 703 ??文獻標識碼 ?A ??文章編號 ?0517-6611（2023）05-0211-03

doi： 10.3969/j.issn.0517-6611.2023.05.048

開放科學(xué)（資源服務(wù)）標識碼（OSID）：

Advanced Treatment Effect of Tailwater in Village Wastewater Plant by Submerged Plant Oxidation Pond Technology

CHEN Bin

（Anhui Tongyuan Environment Energy Saving Co.，Ltd. ， Hefei， Anhui 230031）

Abstract ?The submerged plant oxidation pond technology was used to conduct advanced treatment on the tailwater in the actual village sewage treatment plant to explore its treatment effect. The results showed that the submerged plant oxidation pond showed better treatment effect on the tailwater under the conditions of water temperature of 18-26 ℃， hydraulic load of 1.20 m3（m2·d）. The removal rate of NH4+-N reached 97.07%， the removal rate of TP was 30.43%， and the removal rate of CODCr was 43.60%. Under the background that the country attaches great importance to the improvement of rural environmental quality， the submerged plant oxidation pond technology has a very wide field of application.

Key words ?Submerged plant oxidation pond；Wastewater treatment plant；Tailwater;Upgrading project

據(jù)我國住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部統(tǒng)計，截至2017年我國鄉(xiāng)鎮(zhèn)28 399個，行政村50多萬個，自然村240多萬個［1］。隨著村鎮(zhèn)自來水及沖水廁所的普及，農(nóng)村居民生活方式逐漸發(fā)生變化，污水排放量也隨之上升，因此村鎮(zhèn)生活污水的處理十分重要［2］。我國農(nóng)村年污水排放量約2.14×1011 t，村鎮(zhèn)污水總體處理率低于50%。農(nóng)村污水處理排放標準普遍偏低，大量生活污水直排排放及不完全處理排放對村鎮(zhèn)周邊的環(huán)境造成重大影響，嚴重時甚至?xí)Φ叵滤斐梢欢ǔ潭鹊奈廴?，極大地影響了人居環(huán)境［3-4］。因此，加大村鎮(zhèn)污水處理力度，對現(xiàn)存村鎮(zhèn)污水處理廠進行提標改造勢在必行［5］。

目前，村鎮(zhèn)生活污水一般通過污水處理廠進行處理，污水量較小或者居民較為分散的地區(qū)多采用一體化污水處理、人工濕地處理或土壤處理等方式［6-8］。由于我國村鎮(zhèn)分布散亂、水質(zhì)和水量波動大、時段性季節(jié)性較強、南北方地區(qū)污水性質(zhì)差異大等原因［9］， 對村鎮(zhèn)污水處理廠或一體化污水處理設(shè)備提出了更高的要求。沉水植物氧

化塘是一種生態(tài)型熱門技術(shù)，具有能耗低或無能耗、建設(shè)投入低、運行維護便捷、無需污泥處理、費用較低等優(yōu)點，可以有效去除污水中部分有機物和病原體［10］，被廣泛應(yīng)用于村鎮(zhèn)污水處理廠提標改造。筆者以傳統(tǒng)氧化塘技術(shù)為基礎(chǔ)，針對村鎮(zhèn)污水處理廠尾水進行深度凈化，以石灰石介質(zhì)為填料，并結(jié)合栽種沉水植物，通過優(yōu)化水力運行方式，探討此技術(shù)對合肥市紫蓬鎮(zhèn)某村鎮(zhèn)污水處理廠尾水的深度處理效果，以期為村鎮(zhèn)污水處理廠提標改造工程提供數(shù)據(jù)支撐。

1 試驗裝置與方法

1.1 試驗裝置

沉水植物氧化塘試驗裝置安裝在室外，用8 mm厚度PP板建成，池體尺寸為700 mm×500 mm×600 mm，底層鋪設(shè)100 mm厚的石灰石，石灰石粒徑15 mm左右，上層鋪設(shè)進水管道，石灰石上混合栽種金魚藻及輪葉黑藻，沉水植物氧化塘運行水深500 mm。試驗期間氧化塘的水力負荷為0.80～3.40 m3/（m2·d）。為調(diào)控優(yōu)化沉水植物氧化塘系統(tǒng)水力負荷，進水管道設(shè)置了三通和水量調(diào)節(jié)閥。試驗裝置見圖1。

1.2 試驗水質(zhì)及水質(zhì)檢測方法

沉水植物氧化塘試驗期間用水為合肥市紫蓬鎮(zhèn)某村鎮(zhèn)污水處理廠出水。通過定期檢測裝置進、出水水質(zhì)變化，探究其處理效果。每天09：00左右采集水樣，試驗期間水溫為18～26 ℃。裝置進、出水水質(zhì)變化見表1。

水質(zhì)檢測方法：水溫使用溫度計測量；總氮（TN）濃度的測定采用堿性過硫酸鉀消解紫外分光光度法（HJ 636—2012）；硝態(tài)氮（NO3--N）濃度的測定采用紫外分光光度法（HJ/T 346—2007）；氨氮（NH4+-N）濃度的測定采用納氏試劑分光光度法（HJ 535—2009）；CODCr濃度的測定采用重鉻酸鹽法（HJ 828—2017）；總磷（TP）濃度的測定采用鉬酸銨分光光度法測定（GB 11893—1989）。

2 結(jié)果與分析

2.1 最佳水力負荷

由圖2可知，沉水植物氧化塘對污染物的去除率隨著水力負荷的增加整體上呈現(xiàn)逐漸下降的趨勢，這是因為水力負荷的升高縮短了沉水植物氧化塘的水力停留時間，降低了沉水植物氧化塘對污染物的降解時間，使得污染物的去除率降低［11］。CODCr與NH4+-N去除率在水力負荷1.20 m3/（m2·d）時最高，分別為97.19%與43.60%；TN與TP去除率在水力負荷為0.80 m3/（m2·d）時最高，分別為34.47%和37.20%。因此，沉水植物氧化塘在出水TN與TP濃度要求不高的地區(qū)或出水達標的情況下，可選擇在水力負荷1.20 m3/（m2·d）的條件下運行，這樣最大程度增加了污水的日處理量，也保證了出水水質(zhì)的穩(wěn)定達標。

2.2 CODCr的去除效果

試驗期間沉水植物氧化塘對污水中CODCr的去除效果如圖3所示。沉水植物氧化塘主要通過微生物的同化作用、好氧呼吸和沉水植物的攔截、吸附、沉淀作用來去除污水中的有機物［12］，而沉水植物自身生長也會吸收少量有機物，但幾乎可以忽略。在水力負荷0.80～3.40 m3/（m2·d）的條件下，進水CODCr濃度為19.26 mg/L，出水CODCr濃度為15.46 mg/L，對CODCr的平均去除率僅為19.73%。這是由于進水CODCr濃度已低于20.00 mg/L，污水中可被微生物利用降解的有機物已經(jīng)非常少，進一步增加了有機物的降解難度。張榮新等［13］研究表明較低水力負荷條件有利于好氧微生物對CODCr的降解。該研究中沉水植物氧化塘運行水力負荷較高，污水中僅部分有機物被降解。

2.3 磷元素的去除效果

圖4為沉水植物氧化塘進出水TP濃度變化及TP去除率。氧化塘中污水的TP主要通過生物除磷方式去除［14］，少部分TP被沉水植物吸附攔截通過污泥沉淀去除，部分可溶性磷酸鹽在沉水植物生長時被直接吸收利用得以去除［15］。沉水植物氧化塘進水TP平均濃度為0.43 mg/L，出水TP平均濃度為0.35 mg/L，平均去除率約18.60%。由圖4可知，TP的去除率呈現(xiàn)波動狀態(tài)，主要由于試驗期間沉水植物氧化塘水力負荷為0.80～3.40 m3/（m2 ·d），沉水植物氧化塘對污水中的TP去除率隨之變化。沉水植物氧化塘主要依靠生物除磷作用去除TP，效果有限，并且水力負荷較高，TP更加難以去除。在TP排放要求較高地區(qū)，可以輔以化學(xué)除磷，投加除磷藥劑，保證出水TP濃度穩(wěn)定達標。

2.4 氮元素的去除效果

由表2可知，試驗期間沉水植物氧化塘進水TN濃度約11.67 mg/L，其中氮元素形態(tài)主要為NO3--N和NH4+-N，進水NO3--N濃度為5.95 mg/L，NH4+-N濃度為3.99 mg/L，NO3--N和NH4+-N約占TN的85.18%。經(jīng)過沉水植物氧化塘的凈化，出水TN濃度約9.99 mg/L，TN去除率為14.57%，出水NH4+-N濃度為1.32 mg/L，NH+4-N去除率達到69.92%，而出水NO3--N濃度略有升高。這主要是由于沉水植物氧化塘中除底層為厭氧區(qū)域外，大部分區(qū)域均處于好氧狀態(tài)，同時沉水植物光合作用也會進一步增加水體中的溶解氧濃度，使得氧化塘中硝化菌處于優(yōu)勢菌種地位。氨氮通過硝化作用轉(zhuǎn)為硝態(tài)氮，反硝化作用低于硝化作用，致使部分硝態(tài)氮積累，使得出水硝態(tài)氮濃度升高［16］，這也是氨氮去除率較高但總氮去除率不高的主要原因。

由圖5可知，沉水植物氧化塘對污水中NH4+-N的去除?效果較好，最高去除率在95%以上，而TN的去除率不高，主?要是因為進水CODCr濃度很低，微生物反硝化脫氮可利用的碳源較少，而水體絕大部分區(qū)域溶解氧濃度較高，僅底層基質(zhì)層附近為厭氧狀態(tài)，所以反硝化脫氮過程嚴重受限，NO3--N去除率不高，致使TN去除效果一般。該研究沉水植物氧化塘主要依靠微生物作用對TN進行降解，盡管早期研究表明傳統(tǒng)氧化塘主要通過氨氮揮發(fā)的方式進行脫氮［17］，但后期越來越多的研究傾向于硝化-反硝化作用才是主要的脫氮方式［18］。

3 結(jié)論

通過研究沉水植物氧化塘對合肥市紫蓬鎮(zhèn)某污水處理廠尾水的深度處理效果，得出以下結(jié)論：該工藝技術(shù)具有水力負荷高、無能耗、建設(shè)費用低、運行維護便捷等優(yōu)點。在水力負荷1.20 m3/（m2·d）的條件下，沉水植物氧化塘將污水中TN、NH4+-N、CODCr和TP分別由13.03、4.78、25.80和

0.23 mg/L降低至11.10、0.14、14.55和0.16 mg/L，去

除率分別達到14.81%、97.07%、43.60%和30.43%。傳統(tǒng)氧化塘水力停留時間約5 d，沉水植物氧化塘水力停留時間約0.58 d，極大地縮短了水力停留時間。在出水污染物濃度達標的情況下，減少了氧化塘的占地面積，投資建設(shè)費用更低。因此，該沉水植物氧化塘適用于用地緊缺的地區(qū)。

沉水植物氧化塘處理后的出水可作為農(nóng)田灌溉水使用，充分實現(xiàn)環(huán)境效益與經(jīng)濟效益的有機結(jié)合、協(xié)調(diào)發(fā)展。沉水植物氧化塘在較高水力負荷的條件下表現(xiàn)出良好的污水凈化效果，可為我國村鎮(zhèn)污水處理廠提標改造、低污染河湖水水質(zhì)提升提供數(shù)據(jù)支撐，對于我國提升農(nóng)村水環(huán)境質(zhì)量有著重要的意義，在國家高度重視農(nóng)村水污染治理的背景下有著十分廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域。

參考文獻

［1］ ?中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部.2017年城鄉(xiāng)建設(shè)統(tǒng)計年鑒［EB/OL］.［2020-01-05］.http：//www.mohurd.gov.cn/xytj/tjzljsxytjgb/jstjnj/w02019012421874448602635000.zip.

［2］ LI J H，LU X W.Performance and microbial diversity in a low-energy ANF-WDSRBC system for the post-treatment of decentralized domestic wastewater［J］.Water，2017，9（5）：330.

［3］ 張吉庫，孫冕.空氣提升式A2/O處理農(nóng)村生活污水［J］.環(huán)境工程，2021，39（1）：18-23.

［4］ 陳月芳，馮惠敏，張宇琪，等.4級串聯(lián)式斜板生物濾池對農(nóng)村生活污水的處理［J］.環(huán)境工程學(xué)報，2021，15（1）：193-202.

［5］ 孫永利.城鎮(zhèn)污水處理提質(zhì)增效的內(nèi)涵與思路［J］.中國給水排水，2020，36（2）：1-6.

［6］ 劉旭東，姜鳳，馮欣，等.新型一體化裝置處理村鎮(zhèn)污水試驗研究［J］.環(huán)境工程，2016，34（12）：38-42，47.

［7］ 陶琨.村鎮(zhèn)污水處理技術(shù)選擇新視角［J］.中國給水排水，2016，32（14）：16-19.

［8］ 萬瓊，雷茹，張波.生物生態(tài)耦合系統(tǒng)對分散式農(nóng)村生活污水的深度凈化［J］.環(huán)境工程學(xué)報，2019，13（7）：1602-1611.

［9］ ?張靜，石小峰，侯紅勛.村鎮(zhèn)生活污水處理偏大設(shè)計問題分析與對策［J］.工業(yè)用水與廢水，2018，49（2）：44-47.

［10］ ?陳曉強，劉若鵬，申亮.生態(tài)塘應(yīng)用于污水深度處理的技術(shù)現(xiàn)狀及前景展望［J］.環(huán)境科技，2010，23（S2）：107-110.

［11］ 管策，郁達偉，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.

［12］ 孫亞平，周品成，袁敏忠，等.水力負荷對改良型垂直流人工濕地降解模擬污水廠尾水效果的影響［J］.環(huán)境工程學(xué)報，2019，13（11）：2629-2636.

［13］ 張榮新，焦玉恩，傅金祥，等.不同水力負荷率對潛流人工濕地內(nèi)部污染物遷移轉(zhuǎn)化的影響［J］.環(huán)境污染與防治，2018，40（7）：748-754.

［14］ 康夢遠，韓墨菲，押玉榮，等.改良A2/O-MBR工藝深度生物脫氮除磷中試研究［J］.水處理技術(shù)，2021，47（5）：98-101，110.

［15］ 雷澤湘，謝貽發(fā)，徐德蘭，等.大型水生植物對富營養(yǎng)化湖水凈化效果的試驗研究［J］.安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，2006，34（3）：553-554.

［16］ 鞏秀珍，于德爽，袁夢飛，等.后置短程反硝化AOA-SBR工藝實現(xiàn)低C/N城市污水的脫氮除磷［J］.環(huán)境科學(xué)，2019，40（1）：360-368.

［17］ VAN DER STEEN P，BRENNER A，ORON G.An integrated duckweed and algae pond system for nitrogen removal and renovation［J］.Water science and technology，1998，38（1）：335-343.

［18］ CAMARGO VALERO M A，MARA D D.Nitrogen removal via ammonia volatilization in maturation ponds［J］.Water science and technology，2007，55（11）：87-92.