多級生態(tài)處理工藝在尾水深度處理工程中的應(yīng)用研究

發(fā)布時間：2022-12-30 10:01:12 瀏覽次數(shù)：2056

范敬蘭¹

，牛乙寶²

，丁維程³

，吳鵬莉¹

（1. 徐州市河湖管理中心江蘇徐州221018

；2.徐州經(jīng)濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū)農(nóng)業(yè)農(nóng)村水務(wù)局

，江蘇徐州221000

；3.江蘇天安永潤環(huán)境科技有限公司江蘇徐州221000）

摘要：采用多級生態(tài)處理工藝深度處理城鎮(zhèn)生活污水廠尾水

，研究多級生態(tài)處理工藝深度處理尾水效果和原理以及構(gòu)筑物設(shè)計參數(shù)

。實(shí)踐結(jié)果表明：多級生態(tài)處理工藝深度處理城鎮(zhèn)生活污水廠尾水是可行的

，污水廠尾水排放標(biāo)準(zhǔn)為《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB18918-2002)一級A時

，多級生態(tài)處理工藝出水濃度穩(wěn)定優(yōu)于《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB3838-2002)Ⅳ類水標(biāo)準(zhǔn)，多級生態(tài)處理工藝運(yùn)行管理費(fèi)用幾乎為零

，具有良好的環(huán)境效益和社會效益

。

關(guān)鍵詞：尾水；污水處理廠

；深度處理

；生態(tài)工藝；受納水體

城鎮(zhèn)生活污水未達(dá)標(biāo)排放或未經(jīng)處理隨意排放是導(dǎo)致農(nóng)村水生態(tài)環(huán)境持續(xù)下降的主要誘因之一^{[[1], 2]}

。近些年來

，城鎮(zhèn)生活污水有效收集和處理以及環(huán)保立法在一定程度上保護(hù)了農(nóng)村水生態(tài)環(huán)境質(zhì)量^[3]。但是城鎮(zhèn)污水處理廠常用工藝是A/O工藝

、A²/O工藝和MBR工藝等

，其排放標(biāo)準(zhǔn)為《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB18918-2002)一級A標(biāo)準(zhǔn)，由于管理水平偏低和技術(shù)力量缺乏

，城鎮(zhèn)污水處理廠監(jiān)管和運(yùn)行管理仍然存在較多問題

，城鎮(zhèn)污水處理廠尾水超標(biāo)問題較為普遍^[4]。

隨著水環(huán)境質(zhì)量要求越來越高

，很多地區(qū)污水處理廠尾水必須達(dá)到《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB3838-2002）準(zhǔn)Ⅳ類水體標(biāo)準(zhǔn)方可排入受納水體

，給城鎮(zhèn)污水處理廠的運(yùn)行管理帶來了更大的壓力。傳統(tǒng)的A/O工藝

、A²/O工藝和MBR工藝出水一般情況下不可能達(dá)到（GB3838-2002）準(zhǔn)Ⅳ類水體標(biāo)準(zhǔn)

。為此

，很多城鎮(zhèn)通過在污水處理廠內(nèi)增加深度處理設(shè)備以達(dá)到（GB3838-2002）準(zhǔn)Ⅳ類水體標(biāo)準(zhǔn)要求，滿足排入受納水體的要求

。目前最常見的深度處理方法是MBR工藝

，MBR工藝存在系統(tǒng)復(fù)雜、能耗高

、管理復(fù)雜

、持久穩(wěn)定性差等缺點(diǎn)，給城鎮(zhèn)污水處理廠的運(yùn)行管理帶來了更大的問題和難度^[5-7]

。

基于城鎮(zhèn)污水處理廠管理水平較低

、水質(zhì)波動較大、資金實(shí)力偏弱等問題

，尋求凈化效率高

、管理簡單、運(yùn)行費(fèi)用低的技術(shù)顯得尤為重要^[8]

。近些年來

，生態(tài)工程技術(shù)在尾水深度處理中得到廣泛嘗試，取得了良好的效果

，積累了一定的經(jīng)驗(yàn)^{[9, 10]}

。污水處理廠傳統(tǒng)工藝與生態(tài)工程技術(shù)相互協(xié)調(diào)和優(yōu)勢互補(bǔ)，對降低能耗

、改善水質(zhì)

、簡化管理具有顯著優(yōu)勢。本研究以徐州市某鎮(zhèn)污水處理廠提標(biāo)改造為背景

，在污水處理廠尾水再進(jìn)入多級生態(tài)處理單元

，研究多級生態(tài)處理組合工藝對污染物去除效果和去除特性，旨在為城鎮(zhèn)污水處理廠提標(biāo)改造和尾水深度處理提供參考

。

1項(xiàng)目簡介

1.1項(xiàng)目背景

徐州市某鎮(zhèn)污水處理廠包括2套污水處理系統(tǒng)

，其中一套為膜法A/O工藝，處理規(guī)模為800t/d

；另一套為MBR工藝

，處理規(guī)模為1000t/d；總處理規(guī)模為1800t/d

，執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)為《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB18918-2002)一級A標(biāo)準(zhǔn)

，服務(wù)人口7000人。但是城鎮(zhèn)污水處理廠出水必須達(dá)到《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB3838-2002）準(zhǔn)Ⅳ類水體標(biāo)準(zhǔn)方可排入受納水體

。為此

，該污水處理廠尾水深度處理主體工藝主要包括一體化MBR技術(shù)、臭氧高級氧化技術(shù)

、反硝化脫氮濾池技術(shù)和生態(tài)工程技術(shù)等

，從地形地貌

、運(yùn)行管理、氣候條件等角度考慮

，確定采取多級生態(tài)工程處理工藝作為其污水處理廠尾水深度處理方法

。2022年1月開始動工、2022年2月通水運(yùn)行

，取得了良好效果

。

1.2 城鎮(zhèn)污水處理廠處理流程

城鎮(zhèn)污水處理廠進(jìn)水在調(diào)節(jié)池內(nèi)進(jìn)行預(yù)沉淀和調(diào)節(jié)水質(zhì)水量后，分別被提升泵泵入膜法A/O池和一體化MBR池內(nèi)進(jìn)行分別處理

，2套污水處理系統(tǒng)最后形成的尾水匯入多級生態(tài)處理工藝配水池

。城鎮(zhèn)污水處理廠各構(gòu)筑物參數(shù)見表1所示。

表1 城鎮(zhèn)污水處理廠各構(gòu)筑物參數(shù)

	膜法A/O工藝			MBR工藝
	處理規(guī)模800t/d（33.3t/h）			處理規(guī)模1000t/d（41.6t/h）
處理單元	缺氧池	好氧池	混凝沉淀池	厭氧池	缺氧池	好氧池
設(shè)計參數(shù) ，m	12.2 ×8.2×4	5.5 ×8.2 ×4	4.6×8.2 ×4	3.2 ×5.5 ×3	3.2 ×5.5 ×3	6.7 ×5.5 ×3
停留時間，h	12.02	5.42	4.53	1.27	1.27	2.66
微生物形態(tài)	懸浮+附著	懸浮+附著	懸浮+附著	懸浮	懸浮	懸浮
MLSS，mg.L^-1	4213	3261	_	10964	8692	7896

進(jìn)入膜法A/O系統(tǒng)內(nèi)的污水在重力流作用下依次通過缺氧池

、好氧池和混凝沉淀池

、清水池、計量槽等后匯入配水池

，缺氧池和好氧池內(nèi)補(bǔ)充30%左右的多孔懸浮球填料（內(nèi)置聚氨酯棉）

，強(qiáng)化污水處理系統(tǒng)的處理能力；進(jìn)入MBR系統(tǒng)內(nèi)的污水依次通過厭氧池

、缺氧池和好氧池，最后在抽吸泵作用下也匯入配水池

。該配水池內(nèi)尾水通過重力自流方式依次通過多級生態(tài)處理工藝的4級氧化塘和1級潛流濕地進(jìn)行深度處理

，尾水經(jīng)過深度處理后排入受納水體；多級生態(tài)處理工藝流程圖如圖1所示

。

圖1 多級生態(tài)處理工藝流程圖

1.3城鎮(zhèn)污水處理廠原水

城鎮(zhèn)污水處理廠原水水質(zhì)隨季節(jié)

、氣溫、降雨量和周邊環(huán)境等情況而變化

，以2021年11月-2022年7月為例

，COD為45.6-221.3mg/L，氨氮為6.51-35.6mg/L

，總氮為9.64-54.3mg/L

，總磷為0.91-6.54mg/L。

1.4水質(zhì)分析方法

膜法A/O系統(tǒng)和一體化MBR系統(tǒng)進(jìn)出水水質(zhì)以在線檢測儀（江蘇海德）顯示的數(shù)據(jù)為準(zhǔn)

；多級生態(tài)處理工藝出水以手工檢測為準(zhǔn)

，手工檢測方法采用國標(biāo)法進(jìn)行。

2 主要構(gòu)筑物設(shè)計和管理

多級生態(tài)處理工藝面積約為5111.9 m²

，包括4級氧化塘（占地面積3150 m²）和1級潛流人工濕地（占地面積250 m²）以及溝渠面積1711.9 m²

，推流式流態(tài)設(shè)計

，其工藝流程是1#氧化塘-潛流人工濕地-2#氧化塘-3#氧化塘-4#氧化塘。岸坡以1：3的緩坡入水

，構(gòu)建復(fù)式生態(tài)護(hù)坡

，由岸邊至池底依次陸生草本、親水植物

、挺水植物和沉水植物

，完善生態(tài)鏈。

2.1 1#氧化塘

1#氧化塘最大水深為2.8米

，坡度為13%

，庫容為5500m³，水力停留時間為73.3 h

，是一座兼性氧化塘

，表層氧化塘是好氧狀態(tài)，底層氧化塘是兼性或厭氧狀態(tài)

，其周邊種植有挺水植物菖蒲

，利用菖蒲同化吸收、菖蒲根圈微生物等作用凈化污染物

，同時1#氧化塘具有一定的沉淀和調(diào)節(jié)水質(zhì)水量的作用

。另外，為了提高其生物量

，強(qiáng)化1#氧化塘的凈化效果

，采取了以下兩個措施。（1）1#氧化塘池邊坡淺岸種植有大量的沉水植物苦草

，形成沉水植物群落（俗稱水底森林）

，利用苦草莖葉表面微生物群落氧化作用、苦草攔截吸附作用

，實(shí)現(xiàn)污染物的去除

；（2）在增設(shè)立體浮島生物凈化單元+人工水草，填充率約40%

，水域覆蓋面積為400m²

，強(qiáng)化污染物的去除與轉(zhuǎn)化。

相對于后續(xù)生態(tài)處理單元

，1#氧化塘水體氮磷含量相對偏高

，從2022年5月份開始，在1#氧化塘表面滋生了大量的浮萍

，浮床生長過程中消耗了氮磷和有機(jī)物

，并通過持續(xù)打撈的方式將污染物帶出系統(tǒng)。

2.2 潛流人工濕地

潛流人工濕地占地面積250 m²

，水力停留時間為6.67 h

，該潛流人工濕地是尾水深度處理的主要單元

。潛流人工濕地基質(zhì)為體積比為1：1的輕質(zhì)混凝土、火山巖

，靶向除磷除氨氮效果好

。

輕質(zhì)混凝土比表面積大，材料易得

，加氣輕質(zhì)混凝土由水泥、石膏

、礦渣粉按一定比例混合攪拌發(fā)泡成型

，由鈣質(zhì)和粉煤灰質(zhì)的加氣混凝土制備，當(dāng)量粒徑為5cm的飽滿顆粒

，顆粒表觀密度為0.5~08kg/m³，置入水中浸潤飽和吸水后

，密度與水接近

，具有較大比表面積和吸附功能，除磷效果尤為顯著

。

火山巖填料是有密集氣孔的玻璃質(zhì)熔巖，氣孔體積占巖石體積的50%以上

，因孔隙多

、質(zhì)量輕、能浮于水面

，加上配重以后，懸浮于水體

，形成自懸浮

、自疏通的人工濕地

，表面是粗糙且微孔分布

，其特征特別適合于微生物在其表面上的生長和繁殖以形成生物膜

，且化學(xué)穩(wěn)定性（耐酸和堿）好

。火山巖比表面積5~20m²/g

，孔隙率60%，尺寸：Φ20-50mm

。

人工濕地內(nèi)種植有黃菖蒲

，種植間距為20cm

，利用多孔性基質(zhì)和植物根系交織生長，形成一種凈化能力很強(qiáng)的生態(tài)濾池結(jié)構(gòu)和系統(tǒng)

。而且潛流人工濕地良好的過濾效果，將1#氧化塘流入的浮萍和懸浮物進(jìn)行徹底攔截和吸附

，為后續(xù)生態(tài)處理單元提供良好的條件

。

2.3 3級串聯(lián)好氧型氧化塘

3級串聯(lián)氧化塘（2#氧化塘

、3#氧化塘和4#氧化塘）總面積為2150 m²

，其水深為0.8-1.0m，其有效停留時間為25.8 h

。屬于好氧型氧化塘

，其水面面積分別為900m²

、230m²和1020m²

。為了提高水體滯水區(qū)，在滯水區(qū)增設(shè)生態(tài)軟圍隔導(dǎo)流

，增設(shè)軟圍隔導(dǎo)流約550m，強(qiáng)化推流流場和傳質(zhì)效果

，提高了水體的凈化效果

，3級串聯(lián)氧化塘采用弧線形設(shè)計。好氧型氧化塘周圍種植有大量的菖蒲

，提高污染物的凈化。

2.4 多孔介質(zhì)濾床

多級生態(tài)凈化單元末端增設(shè)多孔介質(zhì)濾床

，火山巖（Φ20-50mm

、孔徑為10-15mm、孔隙率60%）生物填料床位于輕質(zhì)混凝土凈水填料之后

，置放于多孔混凝土濾壩之間，填充厚度為0.7m

。接觸時間為20min

，面積為42m²；以多孔性火山巖為過濾基質(zhì)

，火山巖，具有優(yōu)良的過濾作用和吸附作用，攔截前端多級生態(tài)凈化單元內(nèi)的植物秸稈

、顆粒物和污染物

，保障出水水質(zhì)達(dá)標(biāo)。

3 運(yùn)行效果和成本分析

2022年3月-7月數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn)

，多級生態(tài)處理工藝對城鎮(zhèn)污水處理廠具有良好的效果，進(jìn)出水?dāng)?shù)據(jù)見表2所示

。

表2 多級生態(tài)處理工藝對城鎮(zhèn)污水處理廠尾水處理效果

月份	COD/mg.L^-1			NH₄⁺-N/mg.L^-1			TN/mg.L^-1			TP/mg.L^-1
月份	進(jìn)水	尾水	濕地出水	進(jìn)水	尾水	濕地出水	進(jìn)水	尾水	濕地出水	進(jìn)水	A/O出水	濕地出水
3月	156.2	28.2	22.64	13.5	0.26	0.21	27.8	6.25	5.23	2.31	0.55	0.27
4月	182.4	22.3	16.52	18.9	0.32	0.12	32.6	9.64	6.25	3.09	0.42	0.27
5月	175.6	16.5	9.64	12.5	0.12	0.09	22.4	10.2	7.98	2.09	0.32	0.12
6月	126.4	15.9	10.21	14.1	0.09	0.21	19.3	8.64	8.02	2.06	0.16	0.09
7月	94.5	14.5	8.64	7.64	0.13	0.07	16.2	7.65	6.13	1.96	0.15	0.14

4 討論

多級生態(tài)處理工藝運(yùn)行管理費(fèi)用幾乎為零

，多級生態(tài)處理工藝完全利用人工強(qiáng)化的自然生態(tài)系統(tǒng)進(jìn)行深度凈化

，凈化效果好。實(shí)踐過程中發(fā)現(xiàn)

，多級生態(tài)處理工藝良好的社會效益

，為人們生產(chǎn)生活提供了良好的休閑地，與此同時

，多級生態(tài)處理工藝形成生態(tài)環(huán)境效益和經(jīng)濟(jì)效益

，不僅改變了區(qū)域微生態(tài)系統(tǒng)

，而且成為垂釣的好場所

。

5 結(jié)論

（1）多級生態(tài)處理工藝處理城鎮(zhèn)生活污水尾水具有良好的可行的。當(dāng)尾水水質(zhì)為一級A時

，出水水質(zhì)顯著優(yōu)于《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB3838-2002)準(zhǔn)Ⅳ類水標(biāo)準(zhǔn)（總氮≤5mg/l）

，保證尾水能排入受納水體。

（2）多級生態(tài)處理工藝是由兼性氧化塘-潛流人工濕地-多級好氧型氧化塘-生態(tài)濾壩

，結(jié)合了不同類型的生態(tài)凈化單元，達(dá)到了良好的協(xié)同凈化效果

，保證了出水水質(zhì)的穩(wěn)定性和可靠性

。

參考文獻(xiàn)：

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作者簡介：范敬蘭（1965_）

，男

，江蘇豐縣人

，本科學(xué)歷

，徐州市河湖管理中心高級工程師，研究方向?yàn)樗h(huán)境治理

、污水處理

，聯(lián)系電話：13776789725，郵箱：284275579@qq.com

基金項(xiàng)目：江蘇省水利科技項(xiàng)目（2020045）

作者簡介：范敬蘭（ 1965- ）男

，高級工程師

，本科，主要從事水環(huán)境治理方面研究

，284275579@qq.com

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