厌氧折流板湿地处理生活污水.doc

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厌氧折流板-垂直潜流人工湿地处理农村生活污水的研究

　　摘要:

采用厌氧折流板反应器-垂直潜流人工湿地（ABR-SSFW）组合工艺处理农村生活污水.实际运行结果表明:

当水力停留时间（HRT）大于12h时，组合工艺对COD，TN，NH3-N，TP的平均去除率分别为85.5%,42.8%，34.67%，41.97%；当HRT小于12h时，组合工艺对COD，TN，NH3-N，TP各项的去除率都有明显下降.在对COD的去除中ABR发挥的作用较大，占到了60%以上；在对NH3-N，TN，TP的去除中，SSFW作用较大.

　　关键词:

厌氧折流板反应器；潜流人工湿地；组合工艺；农村生活污水

　　中图分类号:

X703文献标识码:

A文章编号:

1000-5854（2012）03-0281-05

　　ResearchonTreatmentofDomesticSewagewithABRReactor-verticaLSubsurfaceFlowConstructedWetland

LIQingxue，DUXiusheng，WANGDongyun

　　Abstract:

ThecombinedprocessthatanaerobicbaffledreactoRandsubsurfaceflowconstructedwetland（ABR-SSFW）totreatmentruraLdomesticwastewateRwerestudied.TheactuaLexperimentresultsindicatethatataHRTofabove12h，theaverageremovaLratesofCOD，TN，NH3-N，TPare85.5%，42.8%，34.67%，41.97%respectivelyfoRcombinedprocess.AtaHRTofbelow12h，theremovaLratesofCOD，TN，NH3-N，TPfoRcombinedprocesshastheobviousdrop.FoRtheremoveofCOD，roleofABRislarger，accountingfoRmorethan60%.FoRtheremoveofNH3-N，TN，TPverticaLSSFWmakeslargeRcontribution.

　　Keywords：

hybridanaerobicreactor；subsurfaceflowconstructedwetland；combinedprocess；ruraLdomesticwastewater

　　随着中国农村经济突飞猛进的发展，农村生活污水排放量急剧增大.目前，全国农村每年排放生活污水约80多亿吨[1]，而96%的村庄没有设置排水渠道和污水处理系统，污水处理率不到10%，严重污染了农村的生活环境[2].

　　对于技术相对落后的广大农村地区，工艺简单、运行成本低的人工湿地污水处理技术得到了广泛的应用[3]，然而单纯的人工湿地技术存在着占地面积大、污染物浓度不能太高、易滋生蚊虫及容易出现堵塞[4-5]等缺点.本文中，笔者采用厌氧折流板反应器-垂直潜流人工湿地（ABR-SSFW）组合工艺处理农村生活污水,一方面ABR作为预处理技术，能够很好地降低人工湿地的污染负荷，从而克服人工湿地容易堵塞和占地面积大等缺点；另一方面人工湿地作为厌氧的后续处理，可以改善厌氧出水的水质，实现达标排放.

　　1材料与方法

　　1.1试验装置

　　ABR由硬质的塑料板制成，长×宽×高为800mm×800mm×900mm，有效水深为700m，有效容积为448L.SSDW为下行流，从上部进水，下部出水，长×宽×高为1500mm×1500mm×1100mm.湿地内填充的填料:

底层为直径30~40mm的大碎石，厚度30cm；中层是按1：

1均匀混合的小碎石与炉渣，粒径10~20mm，厚度30cm；上层是按10：

1均匀混合的土壤与粉煤灰，厚度20cm.

　　该试验系统由水箱、ABR和SSFW组成.原水经蠕动泵由水箱提升至ABR，经ABR处理后，出水进入SSFW.

　　1.2试验用水

　　本试验所用生活污水取自邯郸市某城中村化粪池排放的生活污水.原水水质见表1.

表1原水水质

　　1.3监测项目与分析方法

　　水质的监测项目与分析方法[6]见表2.

表2监测方法

　　2试验结果与分析

　　2.1系统的启动[7-8]

　　接种污泥为邯郸市东郊污水处理厂氧化沟的好氧污泥，将其均匀投加到ABR反应器的4个隔室，接种后反应器内的污泥质量浓度为13.74g/L，污泥投加完毕，静置1d，开始连续进水.启动初始水力停留时间（HRT）为48h，此时COD去除率仅有29%；随后,COD的去除率稳步上升，到第10d时，COD去除率达到60%，到第20d，COD去除率达到80%以上.在第25d，将HRT缩短为36h，第26d测得COD去除率下降到56.3%，继续运行到第30d，COD去除率上升到70%，运行第45d时，COD去除率稳定在85%左右.在第46d将HRT缩短为24h，测得COD去除率下降为74.5%，随后逐渐稳步上升，又经过大约40d的运行，COD去除率稳定在90%以上，ABR反应器启动成功.

　　启动ABR的同时，从永年洼湿地采集芦苇根状茎，根茎长20cm左右，茎部分节，每节上均带有明显的侧芽.第2d将其以行距30cm、株距10cm进行栽种，栽种后，人工湿地开始连续进水，进水为ABR的出水.此时ABR的HRT为48h，出水流量较小，为了确保芦苇正常生长，每天还向人工湿地中浇灌一定量的自来水.种植15d后可见芦苇侧芽生长，30d后有芦苇叶子长出，随后芦苇生长迅速.6月份停止向湿地中浇灌自来水，此时芦苇生长特别旺盛.在6月中旬发现部分芦苇叶子黄枯，叶子上有细长状灰色虫子，密度很大.6月15日在有这些症状的叶子上喷杀虫剂，每天喷1次，到6月20日虫子基本没有了，芦苇的生长良好，湿地启动完成.

　　2.2COD的去除

　　组合系统对COD的去除效果如图1所示.可见，随着HRT的缩短，ABR和SSFW的出水COD质量浓度整体呈上升趋势.当ABR的HRT分别为24，18，12h时，平均COD出水质量浓度分别为86.3，42.9,43.1mg/L，SSFW平均COD出水质量浓度分别为40.5，21.6，17.6mg/L，出水水质良好，组合系统出水满足一级A排放标准.当ABR的HRT缩短为8h，其平均COD出水质量浓度大幅度升高，为168.6mg/L，SSFW的COD出水质量浓度波动较大，COD平均质量浓度为82.6mg/L，组合系统出水满足二级排放标准.当ABR的HRT为4h时，其平均COD出水质量浓度为215.9mg/L，SSFW的COD出水质量浓度为145.1mg/L，出水水质达不到排放标准.

　　HRT实际代表了生物反应时间，HRT越小反应时间越短、反应越不彻底，所以COD的去除率随着HRT的减小而下降；但另一方面，长的HRT会增加反应器的容积，致使投资增大，因此，在实际生产中选择合适的HRT很有必要.由于现行的污水处理厂一级A排放标准规定出水COD质量浓度为50mg/L，因此从整体考虑，反应器的最优HRT为12h.

图1不同HRT下COD质量浓度的变化

　　2.3脱氮能力

　　不同HRT下，组合系统对TN的去除效果如图2所示；系统进水、ABR及SSFW出水氨氮浓度的变化如图3所示.

　　由图2可以看出，运行阶段，HRT从24~4h这一变化过程中，ABR和SSFW对TN的去除率不太稳定，波动较大.TN总平均去除率分别为38.9%，49.4%，40.1%，27.5%，21.9%，去除率较低.ABR对TN的去除率占TN总去除率的比例分别为28.1%，35.6%，25.2%，30.6%，33.9%；SSFW对TN的去除率占TN总去除率的比例分别为71.9%，64.4%，74.8%，69.4%，66.1%.ABR对TN的去除率低于SSFW的去除率.

　　ABR是利用微生物生长吸收去除氮，因为厌氧微生物生长缓慢，因此依靠此途径去除的氮量较少.SSFW对氮的去除途径是多样的，包括植物摄取、基质截留、挥发和微生物作用[9]，系统对TN的去除主要靠SSFW来完成.

　　从图3中可以看出，ABR出水的NH3-N质量浓度多数情况下高于系统进水的NH3-N质量浓度，而SSFW最终出水NH3-N质量浓度均低于系统进水NH3-N质量浓度.HRT为24，12h时，NH3-N质量浓度变化范围都比较大，平均出水质量浓度分别为20.1，7.1mg/L，平均去除率分别为28%，42%，HRT为18h时，NH3-N浓度变化比较平稳，平均出水质量浓度为8.8mg/L.

　　厌氧生物处理中，NH3-N质量浓度主要受到以下2个方面的影响:

一方面，污水中部分有机氮在厌氧条件下通过厌氧菌的作用转化为氨氮，即发生了氨化作用，使得反应器中NH3-N质量浓度升高；另一方面，氨氮是合成微生物细胞必需的营养物质，通过微生物的摄取使NH3-N质量浓度降低.ABR出水NH3-N质量浓度普遍高于系统进水的NH3-N质量浓度，这说明反应器中有机氮氨化的速率大于氨氮被微生物利用的速率，进一步说明了人工湿地在整个系统中对氨氮的去除起到关键性的作用.

图2不同HRT下TN去除率的变化

图3不同HRT下NH3-N质量浓度变化

　　2.4总磷的去除

　　在整个实验过程中，不同时期TP的去除率变化如图4所示.

图4不同时期TP的变化

　　对图4分析可知，在整个运行阶段，HRT分别为24，18，12，8，4h时TP平均去除率分别为38.7%,44.6%，42.6%，38.9%，24.7%，平均出水TP质量浓度低于3mg/L，满足国家城镇污水排放二级标准，系统运行状态较好.ABR出水TP质量浓度绝大多数在系统进水TP质量浓度之上，而SSFW出水TP质量浓度都低于系统进水TP质量浓度，说明人工湿地在组合系统对TP的去除中起关键性的作用.

　　人工湿地对磷的去除是微生物去除、基质吸附和植物吸收3条途径共同作用的结果.植物对磷的去除是通过植物对无机磷的吸收同化作用，污水中的无机磷变成植物的有机成分，然后收割植物，达到对磷的去除,但有研究表明，植物吸收的磷占TP去除量的10%左右.人工湿地中的基质通过物理化学反应如吸收、吸附、过滤、离子交换、络合反应等来去除污水中的磷，富含Al3+，Fe3+，Ca2+的基质对磷的净化能力比较强，在碱性条件下，污水中的磷易与Ca2+发生反应，本试验中，pH在7.6~8.1之间，在碱性范围内，所以人工湿地主要通过富含钙的石灰石基质去除磷.另一方面，植物根系对氧疏导作用使得根区周围呈现好氧状态，远离根区的地方依次出现缺氧和好氧状态，这种环境有利于磷细菌的活动，好氧条件下，磷细菌大量地吸收磷，厌氧条件下，磷细菌释放磷，使湿地中局部地区的磷质量浓度升高，从而加强填料对磷的有效吸附与沉淀，最终将磷有效去除.

　　3结论

　　1）当ABR的HRT大于12h时，ABR-SSFW组合工艺在进水COD质量浓度高于200mg/L时平均出水COD质量浓度都在50mg/L以下，COD去除率在80%以上，达到现行的国家城镇污水排放一级A标准.在组合工艺对COD的去除中，ABR发挥的作用较大，占到了60%以上.

　　2）当HRT分别为18，12h时，TN的出水质量浓度分别为9.4，10.8mg/L，达到现行的国家城镇污水排放一级A标准.NH3-N在HRT为12h的出水质量浓度为7.1mg/L，满足国家城镇污水排放一级B标准.当HRT小于12h时，系统出水TN，NH3-N质量浓度均不能达到排放标准.HRT大于12h时，TP的平均出水质量浓度分别为1.0，0.9，0.7mg/L，达到国家城镇污水排放一级B标准.HRT小于12h时TP的平均出水质量浓度分别为1.7，2.4mg/L，达到二级排放标准.

　　3）结合系统在运行阶段对COD，TN，NH3-N，TP的去除效果，对系统而言，最优HRT为12h.

　　参考文献:

　　[1]孙平.协同开展农村污染治理与循环利用[J].环境科学与管理，2009，34（6）:

104-106.

　　[2]陈峰滔.试论农村水污染的治理[J].海峡科学，2007，12（5）:

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　　[3]付融冰，杨海真，顾国维，等.潜流人工湿地对农村生活污水氮去除的研究[J].水处理技术，2006，32

（1）:

18-20.

　　[4]杨琼，陈章和.人工湿地污水处理的应用现状及前景展望[J].生态科学，2002，21（4）:

357-360.

[5]BRIJGB.NaturaLandConstructedWetlandsfoRWastewateRTreatment:

PotentialsandProblems[J].WatSciTech，1999，40（3）:

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　　[6]国家环境保护总局.水和废水监测分析方法[M].4版.北京:

中国环境科学出版社，2002.

　　[7]李改翠.ABR-垂直潜流人工湿地处理农村生活污水的研究[D].邯郸:

河北工程大学，2011.

　　[8]耿媛.复合厌氧反应器-水平潜流人工湿地处理农村生活污水的试验研究[D].邯郸:

河北工程大学，2011.

　　[9]VYMAZALJ，BRIXH，COOPERPF.RemovaLMechanismsandTypesofConstructedWetlands[M].Leiden:

BackhuysPublishers，1998:

35，41-43.

　　作者简介:

李清雪（1964-），女，河北大名人，教授，研究方向为水污染控制理论与技术.

作者：

李清雪杜秀省王冬云

来源：

河北师范大学学报