曹飛華

(深圳市碧園環(huán)保技術(shù)有限公司，廣東 深圳 518028)

“IBR+VFCW”聯(lián)合工藝處理小城鎮(zhèn)生活污水應用研究

曹飛華

(深圳市碧園環(huán)保技術(shù)有限公司，廣東 深圳 518028)

摘要：介紹了“IBR+VFCW”聯(lián)合工藝，并運用該工藝對小城鎮(zhèn)生活污水進行了處理試驗研究。IBR集中了生化反應與沉淀功能于一池中，能有效去除顆粒有機物和部分溶解性有機物，防止VFCW堵塞；VFCW具有獨特的填料結(jié)構(gòu)和布水模式，能夠達到較高的水力負荷，充分地發(fā)揮了濕地系統(tǒng)降解污染物的能力。試驗結(jié)果表明：“IBR+VFCW”聯(lián)合工藝對小城鎮(zhèn)生活污水具有較強的處理能力，當進水中COD、NH3-N、TP的平均質(zhì)量濃度分別為177.3mg/L、40.3 mg/L、4.8mg/L時，各污染物平均去除率分別達到77.8%、89.6%、90.2%，出水水質(zhì)優(yōu)于傳統(tǒng)的二級生物處理工藝。

關(guān)鍵詞：一體化生化反應池(IBR)；垂直流人工濕地(VFCW)；生活污水；污水處理；小城鎮(zhèn)

0引言

近年來隨著國民經(jīng)濟的快速發(fā)展及新型城市化進程的加快，我國小城鎮(zhèn)的建設發(fā)展速度和容納的人口迅速增長，隨之而來的是生活污水排放量呈逐年遞增趨勢。目前小城鎮(zhèn)污水處理率很低，缺乏配套的污水處理設施，分散排放的污水成為村鎮(zhèn)水體污染的重要原因之一，解決小城鎮(zhèn)生活污水污染問題顯得尤為緊迫和重要。

小城鎮(zhèn)與城市相比，具有居住分散，經(jīng)濟實力弱，污水日排放量小，水質(zhì)波動大，缺乏運行管理專業(yè)技術(shù)人員，土地資源較豐富等特點。近年來，人工濕地污水處理系統(tǒng)以其高效、低耗、低運行成本的優(yōu)勢，已經(jīng)在小城鎮(zhèn)污水處理中得到了廣泛的應用，取得了比較好的效果[1]。由于單純的人工濕地工藝存在占地面積過大，秋冬季節(jié)運行效率下降，不耐沖擊負荷等問題，因此迫切需要一種技術(shù)先進可靠、運行經(jīng)濟節(jié)能、管理簡便的預處理系統(tǒng)與人工濕地組成聯(lián)合工藝[2]，使污染負荷在預處理系統(tǒng)與人工濕地系統(tǒng)間合理分配，從而降低運行成本，減少人工濕地占地面積，穩(wěn)定出水水質(zhì)。

本研究針對小城鎮(zhèn)污水的特點，提出了“IBR(即一體化生化反應池，Integration of Biochemical Rreactor;稱)+VFCW(即垂直流人工濕地，Vertical Flow Constructed Wetlands VFCW)”聯(lián)合工藝，IBR集中了生化反應與沉淀于一池中，可有效去除顆粒有機物和部分溶解有機物，防止VFCW堵塞；VFCW具有獨特的填料結(jié)構(gòu)和間歇式布水方式，間歇布水使填料層具有良好的氧轉(zhuǎn)移特性，干濕交替的運行方式，既可以使微生物、填料、植物根系與污水的接觸更加充分，能夠達到較高的水力負荷，充分地發(fā)揮濕地系統(tǒng)降解污染物的能力；又有利于濕地填料層滲濾速率的恢復，延長了VFCW的使用年限[3]。試驗結(jié)果表明，“IBR+VFCW”聯(lián)合工藝對小城鎮(zhèn)生活污水具有較強的處理能力，占地面積相對較小，對水質(zhì)、水量變化適應性強，試驗結(jié)果表明，該聯(lián)合工藝滿足了小城鎮(zhèn)生活污水“三低一高”(低基建費用、低運行費用、低維持技術(shù)、高處理效率)的技術(shù)要求。

1試驗

1.1試驗裝置

試驗場地為江門鶴城鎮(zhèn)污水處理廠，采用“IBR+VFCW”聯(lián)合處理工藝，處理規(guī)模為3000 m3/d，占地面積7500 m2，其中VFCW占地6000m2。試驗時間從2013年2月—2014年10月，歷時21個月，啟動階段3個月，穩(wěn)定運行階段18個月。圖1為工藝流程。

(1)IBR。為雙層圓形鋼筋混凝土構(gòu)筑物，直徑20.0m。外圈為寬3.0m的環(huán)形活性污泥池，分為混合段、兼氧段、曝氣段，水深4.4m，HRT為4h；污泥負荷為0.25 kgBOD/kg MLSS·d，曝氣氣水比為1∶6；內(nèi)圈為輻流式沉淀池，直徑14.0m，水深4.0m，表面負荷1.0m3/m2·h；安裝有中心橋式刮吸泥機。

(2)VFCW。試驗人工濕地長150.0 m，寬40.0m，填料層厚1.2m，人工濕地共分為4塊，每塊面積為1500m2，采用PLC控制自動分塊布水。濕地中的填料為多層級配填料和部分特殊填料(專利產(chǎn)品)，經(jīng)試驗測定填料平均孔隙率為39%。濕地植物有美人蕉、風車草、蘆葦、再力花等，種植密度為8株/m2，每株3～6根，所有濕地植物均經(jīng)過馴化已適應高污染水環(huán)境。

1.2試驗水質(zhì)

試驗用水為鶴城鎮(zhèn)居民生活污水，各項水質(zhì)指標極值及均值見表1。

1.3分析項目和方法

水質(zhì)分析項目有COD、NH3-N、TP、pH值、SS等。水質(zhì)分析方法按照《水和廢水監(jiān)測分析方法》進行[4]。

2結(jié)果和討論

2.1COD去除

聯(lián)合處理工藝在試驗運行期間進出水COD質(zhì)量濃度變化情況見圖2。

由圖2可知，聯(lián)合工藝的COD出水平均質(zhì)量濃度為39.3mg/L，平均去除率為77.8%。其中冬季出水的COD值較高，平均為45.6mg/L，其他季節(jié)出水COD平均為31.7mg/L。

聯(lián)合工藝通過物理截留、生物吸附和生物降解的途徑去除有機物。原水中大量顆粒物質(zhì)(有機和無機顆粒)和可溶性有機物被IBR系統(tǒng)內(nèi)的活性污泥截留，在較短的時間內(nèi)有機物被吸附和分解，防止了顆粒污染物堵塞濕地；部分難降解有機物也被微生物分解成小分子易降解物質(zhì)，為后續(xù)人工濕地進一步處理創(chuàng)造條件。VFCW特有的自上而下的水流方式及布水模式，使大氣中的氧氣能在布水間歇期通過孔隙進入濕地內(nèi)部，保持填料具有良好的氧轉(zhuǎn)移特性，同時人工濕地植物大多數(shù)根系發(fā)育于濕地表面的淺層60cm內(nèi)的區(qū)域，在濕地表層形成一個墊層，有利于捕獲氧氣，降解有機物，充分發(fā)揮濕地降解污染物的潛力。

盡管試驗期間進水COD濃度波動較大，但聯(lián)合工藝的出水COD濃度穩(wěn)定，表明該聯(lián)合工藝具有較強的耐負荷沖擊能力。在進水污染物濃度較高或冬季溫度降低，植物收割進入休眠期和濕地填料層內(nèi)微生物活性降低的情況下，通過提高IBR系統(tǒng)的曝氣量與曝氣時間，可有效調(diào)節(jié)有機物的去除率，使進入VFCW系統(tǒng)的COD濃度保持在可以承受的范圍；而在進水污染物濃度偏低或溫度較高、人工濕地處理效率高的季節(jié)，在保證出水水質(zhì)達到排放標準的前提下，適當降低IBR系統(tǒng)的曝氣量與曝氣時間，提升人工濕地的污染物負荷，可以降低運行費用。通過靈活變換聯(lián)合工藝運行方式，實現(xiàn)了污染負荷在IBR系統(tǒng)和人工濕地系統(tǒng)間的合理分配，有效降低了運行成本，穩(wěn)定了出水水質(zhì)。

2.2氨氮去除

聯(lián)合工藝在試驗運行期間進出水NH3-N質(zhì)量濃度變化情況見圖3。由圖3可見，聯(lián)合工藝系統(tǒng)出水NH3-N平均質(zhì)量濃度為4.2mg/L，其中冬春季為4.6mg/L，夏秋季為3.8mg/L，平均去除率為89.6% ，其中一體化池單元平均去除率為68.3%，VFCW單元平均去除率為56.5%，聯(lián)合工藝系統(tǒng)出水NH3-N濃度隨季節(jié)變化幅度較大。出水NH3-N濃度從12月開始逐步升高，一直到次年三四月份，盡管三四月份氣溫已回升，濕地植物開始發(fā)芽，出水的COD值已趨于下降，但出水NH3-N濃度有明顯的滯后性，間接說明硝化菌相比其他微生物對溫度更敏感[5]。

運行期間，IBR系統(tǒng)出水NH3-N濃度有比較明顯的下降，說明IBR系統(tǒng)作為變形的短程活性污泥法工藝，即使在較低曝氣量和水力停留時間的情況下，依然具有良好的NH3-N去除率。

VFCW去除NH3-N的效果較好，這與VFCW的流態(tài)和內(nèi)部填料結(jié)構(gòu)有關(guān)。首先，VFCW的水流方向為從上向下，污水有充足的時間與填料充分接觸，有利于延長硝化細菌的作用時間；其次，同時通過控制布水頻率和時間，內(nèi)部結(jié)構(gòu)使污水反復進行好氧-兼氧/厭氧狀態(tài)，有利于加強硝化細菌的處理能力，有利于土壤中微生物去除NH3-N。

2.3TP去除

聯(lián)合工藝試運行期間進出水TP質(zhì)量濃度變化情況見圖4。由圖4可見，試驗期間進水TP質(zhì)量濃度的變化范圍為2.2～ 7.8mg/L。聯(lián)合工藝出水TP質(zhì)量濃度隨季節(jié)變化幅度不大，與進水TP濃度高度聯(lián)動，平均為0.48mg/L，平均去除率為90.2% 。

運行期間，IBR單元出水TP平均為2.52mg/L，平均去除率為51.8%，去除率較常規(guī)的活性污泥法為低，這是出于提高有機物處理效率和降低運行成本的考慮，在運行中提高了污泥濃度，減少了出泥量，使IBR系統(tǒng)的活性污泥經(jīng)常出現(xiàn)污泥老化現(xiàn)象，造成微生物過量吸收的磷被重新釋放回水體。

試驗結(jié)果顯示，VFCW對磷具有較強的去除效果，濕地出水保持在較低的水平，說明試驗采用的多層混合結(jié)構(gòu)填料除磷效果較好。人工濕地對磷的去除是通過微生物、植物和基質(zhì)等協(xié)同作用完成的[6]。物理化學作用包括填料對磷的吸附及填料與磷酸根離子的化學反應，VFCW填料中的沸石及火山石不僅具有巨大的比表面積[7]，而且成分中含的Ca和Fe，可與污水中溶解性的磷酸鹽作用生成不溶解性的磷酸鈣鹽，因而除磷效果較好。磷是生物生長必需的營養(yǎng)元素，污水中的磷流經(jīng)人工濕地時被濕地植物及微生物作為營養(yǎng)成分直接吸收，將無機磷變成了微生物和植物的組成部分，最后通過濕地填料的定期更換或栽培植物的收割而最終使磷從系統(tǒng)中去除。

3結(jié)論

(1)“IBR+VFCW”聯(lián)合工藝系統(tǒng)在試驗期間，當進水中COD、NH3-N、TP的平均質(zhì)量濃度分別為177.3mg/L、40.3mg/L、4.8 mg/L時，各污染物平均去除率分別達到77.8%、89.6%、90.2% ，出水水質(zhì)優(yōu)于傳統(tǒng)的二級生物處理工藝。

(2)IBR系統(tǒng)結(jié)構(gòu)緊湊，管理簡便，可以根據(jù)進水水質(zhì)和季節(jié)變化，通過調(diào)節(jié)停留時間、曝氣量、曝氣時間等參數(shù)，靈活分配進入VFCW系統(tǒng)的污染負荷，充分利用垂直流人工濕地的污染物處理能力，達到降低運行成本的目的。

(3)VFCW優(yōu)化了傳統(tǒng)人工濕地的水流流態(tài)。污水在VFCW填料層內(nèi)進行垂直流動，使污水與濕地系統(tǒng)中的上中下各層的微生物、根系和基質(zhì)接觸，充分發(fā)揮了濕地系統(tǒng)降解污染物的能力。同時由于污水從表層向下滲透，填料層起到了部分過濾作用，大部分懸浮物被截留在了表層，通過適當?shù)那灞泶胧?，可以非常容易恢復濕地的過水能力，有效解決了困擾濕地長期運行的堵塞問題。

(4)本試驗研究的“IBR+VFCW”聯(lián)合工藝技術(shù)先進，運行穩(wěn)定可靠，經(jīng)濟節(jié)能，操作、管理、維護簡便，對水量、水質(zhì)沖擊負荷適應性很強，可在小城鎮(zhèn)污水處理領域推廣應用。

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Research on Combined Treatment Process “IBR&VFCW” in the

Small Town Sewage Treatment

CAO Fei-hua

(Shenzhen Biyuan Environmental Protection Technology Limited Company, Shenzhen Guangdong 518028, China)

Abstract：A combined technology of Integration of Biochemical Reactor (IBR) and Vertical Flow Constructed Wetland (VFCW) was presented and applied to the experimental study in the small town domestic sewage treatment. The IBR combines the biochemical reaction and precipitation tank in one pool. It can remove the organic particle andsome dissolved organic matter to prevent VFCW from jamming. VFCW has a unique packing structure, water distribution model, and a higher hydraulic load. Then it gives a full processing capacity to degrade the pollutants in the wetland system. The experiment showed that the IBR&VFCW technology was excellent in the treatment of domestic sewage in the small town. When the concentration of COD, NH3-N, and TP in influent were 177.3mg/L, 40.3mg/L, and 4.8mg/L respectively, the corresponding removal rates were 77.8%, 89.6%, and 90.2%.The water quality of effluent of IBR&VFCW is better than that of traditional bio-treatment technology．

Key words：integration of biochemical reactor; vertical flow constructed wetland; domestic sewage; wastewater treatment; small town

中圖分類號：X703

文獻標志碼：A

文章編號：1673-9655(2015)04-0072-04

收稿日期：2015-01-04