改進(jìn)型人工快滲系統(tǒng)處理分散型污水性能研究

劉全君

（常德市城區(qū)水利泵站管理處，湖南 常德 415000）

1 引言

研究將以分散型污水作為處理對(duì)象，從濾料配置和系統(tǒng)構(gòu)型等方面進(jìn)行改良，構(gòu)建改進(jìn)型人工快滲系統(tǒng)，探討其對(duì)分散污水的凈化效果，以期為該類型污水的處理提供一種復(fù)氧效率高、脫氮除磷效果好、運(yùn)行性能穩(wěn)定的可選方法，推進(jìn)人工快滲技術(shù)在污水處理領(lǐng)域的發(fā)展進(jìn)程。

2 材料與方法

2.1 結(jié)構(gòu)設(shè)置

改進(jìn)型人工快滲凈水裝置結(jié)構(gòu)如圖1所示，由PVC材料加工而成，內(nèi)徑24 cm，有效高度為150 cm。主體結(jié)構(gòu)由布水區(qū)、碎石區(qū)、有氧區(qū)、缺氧區(qū)、陶粒區(qū)Ⅰ、陶粒區(qū)Ⅱ、排水口組成。

圖1 結(jié)構(gòu)設(shè)置示意圖

有氧區(qū)由3 個(gè)分區(qū)組成，有氧區(qū)Ⅰ采用天然河砂（0.50～1 mm）作為濾料，上方設(shè)有碎石區(qū)，碎石區(qū)高度為5 cm，采用粒徑為0.50～1.50 cm的碎石作為填充，有氧區(qū)Ⅱ采用釋氧顆粒作為濾料。釋氧顆粒的制備方法如下：6 g過氧化鎂+5 g水泥+4 g天然河砂+2 g膨潤(rùn)土+1 g黃糊精+1 g磷酸二氫鉀+1 g檸檬酸+水拌勻后造粒即得，粒徑為1～5 mm。有氧區(qū)Ⅲ采用粒徑為0.30～0.80 mm 的天然河砂作為濾料。有氧區(qū)Ⅰ、有氧區(qū)Ⅱ、有氧區(qū)Ⅲ的高度均為25 cm。

缺氧區(qū)分為缺氧區(qū)Ⅰ、缺氧區(qū)Ⅱ。缺氧區(qū)Ⅰ采用混合濾料進(jìn)行填充，分別是天然河砂（0.10～0.50 mm）和微米零價(jià)鐵粉（0.50～5 μm），兩者質(zhì)量占比分別為90%、10%。缺氧區(qū)Ⅱ采用粒徑為0.30～0.80 mm的天然河砂作為濾料。缺氧區(qū)Ⅰ、缺氧區(qū)Ⅱ的高度均為50 cm。缺氧區(qū)Ⅰ與缺氧區(qū)Ⅱ底部通過陶粒區(qū)Ⅰ連通，陶粒區(qū)Ⅰ厚5 cm，填充物為陶粒（2～5 mm）。缺氧區(qū)Ⅱ的上方設(shè)有陶粒區(qū)Ⅱ，陶粒區(qū)Ⅱ厚5 cm，填充物為陶粒（5～10 mm），右側(cè)設(shè)有排水口。

2.2 運(yùn)行方式

污水從布水區(qū)上方進(jìn)入人工快滲池后，依次流經(jīng)碎石區(qū)、有氧區(qū)Ⅰ～Ⅲ、缺氧區(qū)Ⅰ、陶粒區(qū)Ⅰ、缺氧區(qū)Ⅱ、陶粒區(qū)Ⅱ，最后由排水口排出。運(yùn)行條件如下：每天運(yùn)行2 個(gè)周期，每周期淹水3 h，落干9 h，水力負(fù)荷（q）由0.50 m/d 逐步提升至1 m/d，環(huán)境溫度為25℃左右。

2.3 進(jìn)水條件

采集成都某農(nóng)戶生活污水進(jìn)行凈化，進(jìn)水水質(zhì)如下：ρ（COD）=210.50～245.10 mg/L，ρ（BOD5）=137.40～170.60 mg/L，ρ（）=32.70～39.60 mg/L，ρ（TN）=42.50～52.40 mg/L，ρ（TP）=3.10～4.60 mg/L，pH=6.20～8.70。

2.4 分析方法

所有水質(zhì)指標(biāo)均采用國(guó)標(biāo)法進(jìn)行分析。

3 結(jié)果與討論

3.1 有機(jī)污染物去除情況

圖2 反映了改進(jìn)型人工快滲系統(tǒng)對(duì)污水中有機(jī)污染物的去除情況。從圖2（a）所示的出水濃度變化狀況來看，當(dāng)水力負(fù)荷較低（q=0.50 m/d）時(shí)，COD和BOD5的出水濃度均處于較低水平，結(jié)合圖2（b）可以看到它們的去除率均值分別為91.90%和97.40%。當(dāng)水力負(fù)荷升高到0.80 m/d時(shí)，由于每日需要處理的水量增加，系統(tǒng)出現(xiàn)短暫的不適應(yīng)期，出水有機(jī)物濃度均大幅增加，去除率分別降至81.40%和85.10%。隨著系統(tǒng)對(duì)該水力負(fù)荷條件的逐漸適應(yīng)，運(yùn)行至第23 d時(shí)，有機(jī)物去除率再次超過90%，此時(shí)再度提高水力負(fù)荷至1 m/d，系統(tǒng)同樣出現(xiàn)了與前一階段類似的現(xiàn)象，在受到水力負(fù)荷沖擊的首日，系統(tǒng)的出水有機(jī)物濃度出現(xiàn)了更大幅度的增加，COD 和BOD5去除率分別降至78.40%和81.10%。經(jīng)過更長(zhǎng)時(shí)間的適應(yīng)后，于第40 d時(shí)有機(jī)污染物去除率恢復(fù)至90%以上。此后，運(yùn)行效果較為穩(wěn)定，經(jīng)過改進(jìn)型人工快滲系統(tǒng)對(duì)處理后的COD、BOD5出水濃度均值分別為20、4.90 mg/L，去除率均值分別為91.40%、96.70%，可見通過水力負(fù)荷梯級(jí)馴化的方式可實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的快速啟動(dòng)和對(duì)有機(jī)物的高效去除。

圖2 有機(jī)物去除情況圖

3.2 氮素污染物去除情況

3.3 磷素污染物去除情況

由TP出水濃度變化來看，經(jīng)改進(jìn)型人工快滲系統(tǒng)處理后，污水中的TP 濃度明顯降低，其中TP 出水濃度在水力負(fù)荷為0.50 m/d 時(shí)僅為0.25 mg/L，水力負(fù)荷為0.80 m/d 時(shí)，出水TP 濃度先升高后降低，最終穩(wěn)定在0.31 mg/L左右，水力負(fù)荷為1 m/d時(shí)，出水TP 濃度先增高到0.79 mg/L，后逐漸減少，最終穩(wěn)定在0.36 mg/L 左右。由TP 去除率變化來看，水力負(fù)荷為0.50、0.80、1 m/d 時(shí)，TP 去除率最終分別穩(wěn)定在93.70%、91.80%、90.90%左右。改進(jìn)型人工快滲系統(tǒng)在較為可觀的水力負(fù)荷條件下，對(duì)污水中的磷素污染物有著較佳的去除功能。

3.4 凈水原理分析

改進(jìn)型人工快滲系統(tǒng)與傳統(tǒng)快滲系統(tǒng)相比，在濾料配置和系統(tǒng)構(gòu)型上進(jìn)行了改良升級(jí)。其中，有氧區(qū)細(xì)分為3 個(gè)區(qū)域，有氧區(qū)Ⅰ采用粒徑相對(duì)較大的天然河砂作為濾料，同時(shí)由于其靠近進(jìn)水端，在落干期能獲得較高的復(fù)氧效率，有氧區(qū)Ⅱ采用釋氧顆粒作為濾料，緩釋的氧氣被污水?dāng)y帶后進(jìn)入有氧區(qū)Ⅲ，因而污水流經(jīng)有氧區(qū)Ⅰ～Ⅲ后可實(shí)現(xiàn)污染物的好氧轉(zhuǎn)化，包括有機(jī)污染物的去除、氨氮的氧化等過程。

缺氧區(qū)Ⅰ采用天然河砂、微米零價(jià)鐵粉混合作為濾料，微米零價(jià)鐵粉的加入不僅可以豐富缺氧區(qū)Ⅰ內(nèi)濾料的粒徑級(jí)配，還能有效提高反硝化效率，原因如下：微米零價(jià)鐵與污水接觸后，在緩慢腐蝕過程中生成Fe2+和H2，如式（1）所示；Fe2+還可以進(jìn)一步反應(yīng)生成Fe3+，其中Fe2+和H2可被反硝化菌利用，分別進(jìn)行鐵自養(yǎng)反硝化（如式2所示）和氫自養(yǎng)反硝化（如式3所示），從而提高脫氮效率，適量的Fe2+、Fe3+還可以提升微生物的酶活性，從而提高微生物的代謝活性，使脫氮效率進(jìn)一步提高。此外，微米零價(jià)鐵粉的加入也為除磷提供了有利條件，因微米零價(jià)鐵粉具有巨大的比表面積和大量的反應(yīng)位點(diǎn)，為磷素污染物的高效吸附和去除提供了基礎(chǔ)，因而能取得較優(yōu)的除磷效果。

除此以外，缺氧區(qū)Ⅰ與缺氧區(qū)Ⅱ底部通過陶粒區(qū)Ⅰ連通，使得缺氧區(qū)Ⅰ與缺氧區(qū)Ⅱ內(nèi)一直處于飽水狀態(tài)，為反硝化反應(yīng)的發(fā)生提供了良好的缺/厭氧環(huán)境，同時(shí)大幅增加污水停留時(shí)間，使微生物能與污水更好接觸，污水中的污染物能被更加高效轉(zhuǎn)化或去除，多方面保障了系統(tǒng)出水效果的穩(wěn)定。

4 結(jié)論

①改進(jìn)型人工快滲系統(tǒng)對(duì)有機(jī)污染物處理效果較為穩(wěn)定，COD、BOD5經(jīng)處理后出水濃度均值分別降到20.00、4.90 mg/L，去除率均值分別為91.40%、96.70%。②在1.00 m/d水力負(fù)荷穩(wěn)定運(yùn)行條件下，、TN 的出水濃度均值分別為1.80、6.80 mg/L，去除率均值分別為95.20%、85.80%，比TN更容易被系統(tǒng)所去除。③通過水力負(fù)荷梯級(jí)增加方式，可實(shí)現(xiàn)污水中TP的高效去除，經(jīng)改進(jìn)型人工快滲系統(tǒng)處理后，TP出水濃度明顯降低，平均濃度僅為0.36 mg/L，平均去除率達(dá)到90.90%。