聶忠文 鄧樂 龔林華 鄭勇 馬英才

湖北同源環(huán)境科技有限公司，中國(guó)·湖北 武漢 430200

1 引言

人工濕地技術(shù)具有高負(fù)荷、水質(zhì)凈化效果好、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、投資低、運(yùn)行管理簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)[1,2]，近年來常作為污水處理廠尾水深度處理技術(shù)。其常用的工藝有復(fù)合垂直流、水平潛流等以濕地為核心的組合工藝，濕地出水水質(zhì)基本可以達(dá)到GB3838——2002《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》Ⅲ類或Ⅳ類標(biāo)準(zhǔn)[2,3]。

本實(shí)驗(yàn)通過以“垂直潛流人工濕地+表面流人工濕地”為組合的復(fù)合型人工濕地處理某農(nóng)副產(chǎn)品市場(chǎng)污水處理站尾水，并在填料中使用礫石、石灰石/沸石及生物炭/鐵基質(zhì)為組合填料，研究COD和氮、磷營(yíng)養(yǎng)鹽在工藝流程中的去除效果，在運(yùn)行過程中采用碳源的投加以期經(jīng)深度處理后水質(zhì)能達(dá)到GB3838——2002《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》的Ⅳ類標(biāo)準(zhǔn)。

2 材料與方法

2.1 試驗(yàn)用水

實(shí)驗(yàn)用水為某農(nóng)副產(chǎn)品市場(chǎng)綜合污水處理站的尾水，該污水處理站進(jìn)水中BOD/COD＞0.4，活性良好，出水指標(biāo)穩(wěn)定達(dá)到一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)。如表1所示。

表1 試驗(yàn)用水水質(zhì)

2.2 工藝流程

如圖1、圖2所示，某農(nóng)副產(chǎn)品市場(chǎng)產(chǎn)生的生產(chǎn)和生活污水經(jīng)過污水處理站處理后的尾水通過提升泵輸送至人工濕地進(jìn)行深度處理，人工濕地采用垂直潛流人工濕地+表流人工濕地組合的工藝。

圖1 農(nóng)副產(chǎn)品市場(chǎng)污水處理站工藝流程圖

圖2 復(fù)合型人工濕地試驗(yàn)工藝流程圖

2.3 實(shí)驗(yàn)裝置

人工濕地反應(yīng)器采用鋼板制作而成，設(shè)計(jì)處理能力5m3/d。主要設(shè)施設(shè)計(jì)參數(shù)見表2，人工濕地填料使用情況見表3。

表2 主要設(shè)施設(shè)計(jì)參數(shù)

表3 人工濕地采用填料使用情況

續(xù)表

本次試驗(yàn)垂直潛流人工濕地搭配種植美人蕉、菖蒲、鳶尾和再力花，面積各25%，種植密度為12株/m2。表面流人工濕地選擇再力花、苦草、睡蓮和綠狐尾藻，面積各25%。

2.4 實(shí)驗(yàn)方法

本次試驗(yàn)時(shí)間為6～9月，調(diào)試期為2個(gè)月，系統(tǒng)經(jīng)過調(diào)試運(yùn)行穩(wěn)定后分別從污水處理站出水、垂直潛流人工濕地出水以及表流人工濕地出水3處采集水樣，監(jiān)測(cè)COD、NH3-N、TN、TP水質(zhì)指標(biāo)。其中，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)采集時(shí)間為8月16日至9月26日。

2.5 分析方法

COD采用快速消解分光光度法，氨氮采用納氏試劑分光光度法，TN采用堿性過硫酸鉀消解紫外分光光度法，TP采用鉬酸銨分光光度法。

3 結(jié)果與討論

3.1 對(duì)COD的去除效果

人工濕地有機(jī)物主要通過濕地的過濾作用、植物根系生物膜的吸附、吸收及生物降解過程被分解去除，其中主要是通過好氧和厭氧代謝實(shí)現(xiàn)生物降解，從而降低污水的COD。從圖3可以看出，濕地進(jìn)水COD在Ⅴ類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)左右，濕地出水COD均低于地表水Ⅳ類標(biāo)準(zhǔn)（30mg/L）。

圖3 復(fù)合型人工濕地對(duì)COD的去除效果

3.2 對(duì)NH3-N和TN的去除效果

人工濕地系統(tǒng)中氮的去除途徑包括填料的吸附作用、微生物作用及植物的吸收、少部分以NH3揮發(fā)等，但植物直接吸收和揮發(fā)只占很小的一部分，主要的去除途徑是微生物的硝化、反硝化[3]。從圖4可以看出，濕地進(jìn)水NH3-N基本保持在Ⅳ類標(biāo)準(zhǔn)以下，出水NH3-N有穩(wěn)定的去除率，出水質(zhì)均低于地表水Ⅳ類標(biāo)準(zhǔn)。

圖4 復(fù)合型人工濕地對(duì)NH3-N的去除效果

有研究顯示，濕地對(duì)TN的去除率，隨C/N的增加而增加。當(dāng)C/N小于5∶1時(shí)，脫氮效率并不理想。當(dāng)進(jìn)水C/N小于3.4∶1時(shí)，需外加碳源才能保證脫氮的效果。本次組合型人工濕地進(jìn)水的碳氮比較低，平均值為3.9∶1，試驗(yàn)過程中通過添加乙酸鈉來調(diào)節(jié)進(jìn)水的碳氮比，碳氮比調(diào)整后的比例為8∶1。從圖5可以看出，濕地進(jìn)水TN基本保持在一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)以下，通過投加碳源，出水TN有穩(wěn)定的去除率，其中在TN進(jìn)水低于5mg/L時(shí)出水質(zhì)均低于地表水Ⅳ類標(biāo)準(zhǔn)；當(dāng)TN進(jìn)水高于5mg/L時(shí)，出水總氮有60～80%的去除率。

圖5 復(fù)合型人工濕地對(duì)TN的去除效果

從對(duì)NH3-N和TN的去除率綜合分析，氨氮的去除效果并不明顯，總體去除率不高，而總氮的去除主要位于垂直流人工濕地。

3.3 對(duì)TP的去除效果

人工濕地對(duì)磷的去除主要是通過填料吸附、微生物和植物的吸收以及有機(jī)物的吸附等實(shí)現(xiàn)。從圖6可以看出，濕地進(jìn)水TP大部分在Ⅳ類標(biāo)準(zhǔn)（0.3mg/L）以下，濕地出水TP均低于Ⅲ類標(biāo)準(zhǔn)（0.2mg/L）。

圖6 復(fù)合型人工濕地對(duì)TP的去除效果

4 結(jié)語(yǔ)

第一，采用“垂直潛流人工濕地+表面流人工濕地”的復(fù)合型人工濕地可用于農(nóng)副產(chǎn)品市場(chǎng)污水處理站尾水的提升，對(duì)COD、NH3-N和TP有穩(wěn)定的去除率，出水能達(dá)到GB3838-2002《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》中的Ⅳ類標(biāo)準(zhǔn)。

第二，通過投加碳源，在氣溫高于12℃，出水TN有穩(wěn)定的去除率，其中在TN進(jìn)水低于5mg/L時(shí)出水TN能穩(wěn)定達(dá)到地表水Ⅳ類標(biāo)準(zhǔn)；當(dāng)TN進(jìn)水高于5mg/L時(shí)，達(dá)到5～15mg/L時(shí)，出水總氮亦有6～10mg/L的去除量，去除率達(dá)60%～80%。