A/O+鋁汙泥填料人工濕地組合工藝處理農村k8凯发电子游戏官网汙水的效果（全文）

　　隨著農村人口的增長和經濟的快速發展,農村k8凯发电子游戏官网汙水排放量急劇增加,未經處理的農村k8凯发电子游戏官网汙水直接排入水體,導致水體環境惡化。農村k8凯发电子游戏官网汙水具有量大、麵廣、分散,水質與水量波動大等特點,不適宜采用大規模的管網收集係統及汙水處理方式,因此,因地製宜地選擇農村汙水處理設施並加強農村k8凯发电子游戏官网汙水的處理迫在眉睫[1,2]。

　　

　　近年來A/O與人工濕地組合工藝已大量應用於農村k8凯发电子游戏官网汙水處理（解析農村k8凯发电子游戏官网汙水處理技術方法）中[3,4,5],但受濕地填料的影響,該工藝對氮和磷的處理效果並不理想[2,6]。人工濕地填料的吸附作用是去除水體中氮、磷元素的主要途徑[7,8],目前常用的磷吸附填料有沸石、矽藻土、粉煤灰等,但存在吸附不穩定,效率低,對磷的去除效果有限等缺點[9,10]。給水廠的副產品——鋁汙泥含有大量鋁及其聚合物,用作人工濕地的填料能夠較大幅度地提高濕地的除磷效果[11]。操家順等[12]的研究表明,鋁汙泥單獨使用或與其他濾料組合都可顯著提高其除磷能力,延長濕地的使用壽命,同時能促進濕地中植物的生長並增加其生物量。筆者以南京市江寧區孫家邊村k8凯发电子游戏官网汙水為處理對象,采用鋁汙泥為人工濕地填料,研究A/O+鋁汙泥填料人工濕地組合工藝對k8凯发电子游戏官网汙水中氮、磷等汙染物的去除效果,以期為太湖流域農村k8凯发电子游戏官网汙水處理的提標改造提供技術支撐。

　　

　　1 材料與方法

　　

　　1.1 A/O+鋁汙泥填料人工濕地組合工藝係統

　　

　　1.1.1 k8凯发电子游戏官网汙水排放量與濃度

　　

　　組合工藝係統設置在南京市江寧區青山社區孫家邊村,該村居住人口約265人,按照CECS 82∶96《農村給水設計規範》的相關規定,並考慮到農村的實際情況,確定該區域的人均k8凯发电子游戏官网用水量為120 L/(人·d),排水量取80%的折算係數加上15%的不可預見水量,則係統設計總水量約為30.0 m3/d。對孫家村k8凯发电子游戏官网汙水排放情況進行調查,測得實際k8凯发电子游戏官网汙水排放量為28.6 m3/d,計算值與實測值差別不大,為保證處理能力和效果,k8凯发电子游戏官网汙水排放量取30.0 m3/d。k8凯发电子游戏官网汙水中化學需氧量(CODCr)為150~220 mg/L,氨氮(NH3-N)濃度為15~30 mg/L,總氮(TN)濃度為18~35 mg/L,總磷(TP)濃度為2~3 mg/L。

　　

　　1.1.2 組合工藝流程

　　

　　k8凯发电子游戏官网汙水處理的工藝為A/O+鋁汙泥填料人工濕地組合工藝(圖1),其工藝流程為:進水→A/O段→鋁汙泥填料人工濕地段→出水。A/O段主要工藝流程為:1)進水經格柵去除k8凯发电子游戏官网汙水中的大顆粒懸浮物;2)經格柵後的汙水流入調節池,其有效容積為10 m3;3)缺氧池容積約為12 m3,根據實際需求向池內添加固體碳源以提高厭氧微生物的降解效率;4)好氧池容積為15 m3,在池內均勻布設好氧生物填料[13],池底安裝微孔曝氣裝置1套,設置硝化液回流係統,好氧池的硝化液回流至缺氧池進行充分的脫氮反應,回流比設置為2[1];5)沉澱池容積為20 m3,有效沉澱深度為3~4 m,水力負荷為1.6 m3/(m2·d),上清液流至人工濕地進行深度處理。鋁汙泥填料人工濕地段采用2級水平潛流人工濕地,濕地底部的坡度為1%,2級潛流濕地各長6.5 m,寬5 m,水力負荷為0.862 7 m3/(m2·d),底部采用HDPE防滲膜進行防滲處理。

　　

　　1.1.3 人工濕地填料與植物選擇

　　

　　填料中鐵鋁氧化物含量是濕地對磷吸附能力的決定因素,鋁汙泥中鋁含量高達29.7%±13.3%,對磷有較強的吸附能力[14,15]。選用給水廠副產品——鋁汙泥作為濕地填料時,為延緩濕地堵塞和延長濕地使用壽命,將給水廠的脫水鋁汙泥〔圖2(a)〕與工業廢料鋼渣混合製成粒徑小於10 mm的球狀顆粒物〔圖2(b)〕。濕地自下而上依次鋪設10 cm厚的礫石層、25 cm厚的鋁汙泥球狀顆粒層和10 cm厚的鋁汙泥層,其中礫石層作為承托層,鋁汙泥球狀顆粒層作為吸附層,鋁汙泥層作為植物根係生長層。

　　

　　人工濕地植物選擇上,一級潛流濕地選用耐汙能力及根係輸氧能力較強的蘆葦、風車草搭配景觀植物荷花和美人蕉,二級潛流濕地選用千屈菜、茭白、水芹、香蒲的組合,形成高低錯落、色彩相襯的優美景觀[16]。風車草和水芹為四季生長植物,可在一定程度上提高濕地冬季的處理效果,香蒲和蘆葦為深根型植物,入土深度可達30 cm,非常適合種植於潛流濕地[17,18]。一級潛流濕地的種植密度為30株/m2,二級潛流濕地的種植密度為25株/m2。

　　

　　2. 汙染物總去除率及分段去除率

　　

　　A/O+鋁汙泥填料人工濕地組合工藝對農村k8凯发电子游戏官网汙水中各汙染物的總去除率及分段去除率如圖7所示。由圖7可知,組合工藝對CODCr的總平均去除率為82.33%,其中A/O段和鋁汙泥填料濕地段分別為75.74%和29.79%;對NH3-N的總平均去除率為81.58%,其中A/O段和鋁汙泥填料濕地段分別為70.71%和35.10%;對TN的總平均去除率為76.22%,其中A/O段和鋁汙泥填料濕地段分別為66.75%和39.14%;對TP的總平均去除率為86.50%,其中A/O段和鋁汙泥填料濕地段分別為75.46%和50.43%。經組合工藝淨化後出水水質較為穩定,各項指標均優於GB 18918—2002一級A標準[19]。（圖7）

　　

　　3.1 組合工藝對汙染物的去除效果

　　

　　組合工藝對CODCr、NH3-N、TN、TP具有較好的去除效果,這與組合工藝前端缺氧池內添加了固體碳源,好氧池內裝填了組合填料,人工濕地係統采用了吸附能力強的鋁汙泥填料相關。通過在缺氧池添加固體碳源,強化了微生物反硝化脫氮效率,而且硝化液通過回流係統回流至缺氧池,利用原汙水中充足的碳源在厭氧微生物的作用下進行充分的反硝化反應;好氧池中組合填料聚集微生物能力強,增加了微生物濃度,提高了汙染物降解能力;出水再經過人工濕地,通過植物吸收、鋁汙泥填料吸附以及根係微生物的降解作用,進一步去除汙染物[20,21,22]。

　　

　　3.2 鋁汙泥填料人工濕地的除磷效果

　　

　　汙水中的磷主要以磷酸鹽、聚磷酸鹽和有機磷等形式存在[23],人工濕地主要通過基質、植物及微生物的協同作用去除汙水中TP等汙染物[24]。傳統濕地對TP的去除率為35%~42%[25],而鋁汙泥填料人工濕地可達50.43%,這是因為鋁汙泥填料對磷具有較強的吸附能力,鋁汙泥填料的吸附作用是人工濕地段去除磷的主要途徑,鋁汙泥填料主要通過與汙水中的磷酸鹽進行配位體交換的方式吸附磷[26],同時鋁汙泥顆粒表麵能夠形成生物膜,為微生物的生長提供載體從而提高汙染物去除效果。

　　

　　3.3 組合工藝的技術與經濟可行性

　　

　　組合工藝係統運行期間,每半個月對係統進水、出水的水質監測結果及汙染物去除率見表2。由表2可知,組合工藝對CODCr的平均去除率為80.59%~85.21%,對NH3-N的平均去除率為80.62%~83.73%,對TN的平均去除率為72.28%~81.45%,對TP的平均去除率為82.52%~90.46%。可見,組合工藝對各項汙染物的去除效果均較為穩定,可較長時間平穩運行且保持較好的汙水處理效果。

　　

　　組合工藝係統運行成本為0.17元/m3(以汙水體積計,不含折舊),鋁汙泥作為人工濕地填料的吸附壽命為9~40 a[27]。可見,將A/O生化處理工藝與鋁汙泥填料人工濕地相結合,A/O生化處理工藝經硝化與反硝化強力脫氮,鋁汙泥填料人工濕地可強效除磷,該組合工藝既能有效提高脫氮與除磷效率,實現汙水的深度處理,又能緩解濕地堵塞,延長人工濕地的使用壽命。該工藝具有較強的抗衝擊負荷能力,同時具有經濟性好、易於維護的特點。

　　

　　4 結論

　　

　　(1)A/O+鋁汙泥填料人工濕地組合工藝對CODCr、NH3-N、TN和TP的總平均去除率分別為82.33%、81.58%、76.22%和86.50%,係統出水水質穩定,優於GB 18918—2002一級A標準。將A/O生化處理工藝與鋁汙泥填料人工濕地相結合,該組合工藝既能有效提高脫氮與除磷效率,實現汙水的深度處理,又能緩解濕地堵塞,延長人工濕地的使用壽命。

　　

　　(2)組合工藝的鋁汙泥填料濕地段對CODCr、NH3-N、TN和TP的去除率分別為29.79%、35.10%、39.14%和50.43%,其對TP的去除率(50.43%)明顯高於傳統濕地對TP的去除率(35%~42%)。將鋁汙泥作為人工濕地的填料,可提高人工濕地對磷的去除效果,鋁汙泥填料的吸附作用是其去除磷的主要途徑,同時鋁汙泥顆粒表麵形成的生物膜可為微生物生長提供載體。

　　

　　(3)組合工藝對汙染物去除效果穩定性監測結果表明,CODCr的平均去除率為80.59%~85.21%,NH3-N的平均去除率為80.62%~83.73%,TN的平均去除率為72.28%~81.45%,TP的平均去除率為82.52%~90.46%。組合工藝對各項汙染物的去除效果較為穩定,可較長時間平穩運行且保持較好的處理效果。

　　

　　參考文獻

　　

　　[1]

　　

　　袁忠順 .

　　

　　農村k8凯发电子游戏官网汙水A/O-人工濕地處理工藝參數的優化與濕地植物的篩選

　　

　　[D]. 南京:南京農業大學, 2014.

　　

　　[本文引用: 2]

　　

　　[2]

　　

　　吳乘飆 .

　　

　　A/O-潛流人工濕地工藝處理農村k8凯发电子游戏官网汙水

　　

　　[J]. 資源節約與環保, 2016(9):300-301.

　　

　　DOI:10.3969/j.issn.1673-2251.2016.09.242      URL     [本文引用: 2]

　　

　　[3]

　　

　　CASELLES-OSORIO A , GARCÍA J .

　　

　　Performance of experimental horizontal subsurface flow constructed wetlands fed with dissolved or particulate organic matter

　　

　　[J]. Water Research, 2006,40(19):3603-3611.

　　

　　DOI:10.1016/j.watres.2006.05.038      URL     PMID:16872658      [本文引用: 1]

　　

　　[4]

　　

　　VYMAZAL J, GREENWAY M, TONDERSKI K , et al.

　　

　　Constructed wetlands for wastewater treatment

　　

　　[M] //Wetlands and Natural Resource Management.Heidelberg: Springer Berlin Heidelberg, 2006: 69-96.

　　

　　[本文引用: 1]

　　

　　[5]

　　

　　宋小康, 金龍, 王建芳 , 等.

　　

　　ABR+複合人工濕地處理農村k8凯发电子游戏官网汙水中試

　　

　　[J]. 環境工程, 2011,29(3):6-9.

　　

　　[本文引用: 1]

　　

　　SONG X K, JING L, WANG J F , et al.

　　

　　Pilot test on treating rural domestic wastewater by process of ABR+combined constructed wetland

　　

　　[J]. Environmental Engineering, 2011,29(3):6-9.

　　

　　[本文引用: 1]

　　

　　[6]

　　

　　李曉東 .

　　

　　A/O及人工濕地耦合工藝處理縣城k8凯发电子游戏官网汙水

　　

　　[J].環境保護與循環經濟, 2012(9):54-55.

　　

　　DOI:10.3969/j.issn.1674-1021.2012.09.016      URL     [本文引用: 1]

　　

　　[7]

　　

　　王榮, 賀鋒, 徐棟 , 等.

　　

　　人工濕地基質除磷機理及影響因素研究

　　

　　[J]. 環境科學與技術, 2010,33(增刊1):12-18.

　　

　　[本文引用: 1]

　　

　　WANG R, HE F, XU D , et al.

　　

　　The Study on the mechanisms and influencing factors of substrates in constructed wetlands removing phosphorus

　　

　　[J]. Environmental Science and Technology, 2010,33(Suppl 1):12-18.

　　

　　[本文引用: 1]

　　

　　[8]

　　

　　鍾成華, 李傑, 鄧春光 .

　　

　　人工濕地廢水處理中氮、磷去除機理研究

　　

　　[J]. 土木建築與環境工程, 2008,30(4):141-146.

　　

　　[本文引用: 1]

　　

　　ZHONG C H, LI J, DENG C G .

　　

　　Advances in the study of nitrogen and phosphorus removal mechanisms in constructed wetlands

　　

　　[J]. Civil and Environmental Engineering, 2008,30(4):141-146.

　　

　　[本文引用: 1]

　　

　　[9]

　　

　　辛傑, 裴元生, 王穎 , 等.

　　

　　幾種吸附材料對磷吸附性能的對比研究

　　

　　[J]. 環境工程, 2011,29(4):30-34.

　　

　　[本文引用: 1]

　　

　　XIN J, PEI Y S, WANG Y , et al.

　　

　　Contrastive study on phosphorus adsorption of several adsorbents

　　

　　[J]. Environmental Engineering, 2011,29(4):30-34.

　　

　　[本文引用: 1]

　　

　　[10]

　　

　　萬正芬, 張學慶, 盧少勇 .

　　

　　19種人工濕地填料對磷吸附解吸效果研究

　　

　　[J]. 水處理技術, 2015,41(4):35-40.

　　

　　[本文引用: 1]

　　

　　WAN Z F, ZHANG X Q, LU S Y ,

　　

　　The adsorption and desorption of phosphorus by nineteen constructed wetland substrates

　　

　　[J]. Technology of Water Treatment, 2015,41(4):35-40.

　　

　　[本文引用: 1]

　　

　　[11]

　　

　　胡沅勝, 趙亞乾 , AKINTUNDE B, 等.

　　

　　鋁汙泥基質潮汐流人工濕地強化除汙中試

　　

　　[J]. 中國給水排水, 2015(13):116-122.

　　

　　[本文引用: 1]

　　

　　HU Y S, ZHAO Y Q, AKINTUNDE B , et al.

　　

　　Pilot study on enhanced pollutants removal in alum sludge-based tidal flow constructed wetlands

　　

　　[J]. China Water & Wastewater, 2015(13):116-122.

　　

　　[本文引用: 1]

　　

　　[12]

　　

　　操家順, 朱文傑, 李超 , 等.

　　

　　給水廠汙泥作為人工濕地濾料對磷的去除效果研究

　　

　　[J]. 環境科技, 2015,28(5):16-20.

　　

　　[本文引用: 1]

　　

　　CAO J S, ZHU W J, LI C , et al.

　　

　　The research of phosphate removal by using water treatment residuals as filter materials in constructed wetlands

　　

　　[J]. Environmental Science and Technology, 2015,28(5):16-20.

　　

　　[本文引用: 1]

　　

　　[13]

　　

　　江萍, 黎俊, 張文濤 , 等.

　　

　　生物接觸氧化法處理有機廢水的進展

　　

　　[J]. 環境與開發, 2000,15(4):6-28.

　　

　　[本文引用: 1]

　　

　　JIANG P, LI J, ZHANG W T , et al.

　　

　　The progress of organic wastewater treatment by biological contact oxidation process

　　

　　[J]. Environment and Development, 2000,15(4):6-28.

　　

　　[本文引用: 1]

　　

　　[14]

　　

　　DRIZO A, FROST C A, GRACE J , et al.

　　

　　Physico-chemical screening of phosphate removing substrates for use in constructed wetland systems

　　

　　[J]. Water Research, 1999,33(17):3595-3602.

　　

　　DOI:10.1016/S0043-1354(99)00082-2      URL     [本文引用: 1]

　　

　　[15]

　　

　　BABATUNDE A O, ZHAO Y Q .

　　

　　Constructive approaches toward water treatment works sludge management: an international review of beneficial reuses

　　

　　[J]. Critical Reviews in Environmental Science & Technology, 2007,37(2):129-164.

　　

　　DOI:10.1080/10643380600776239      URL     [本文引用: 1]

　　

　　[16]

　　

　　李紅梅, 陶高峰, 徐淩 , 等.

　　

　　植物功能群多樣性對人工濕地微生物生物量和營養滯留的影響

　　

　　[J]. 植物營養與肥料學報, 2011,17(6):1365-1371.

　　

　　[本文引用: 1]

　　

　　LI H M, TAO G F, XU L , et al.

　　

　　Effects of plant functional group diversity on microbial biomass and nutrient retention in a constructed wetland

　　

　　[J]. Plant Nutrition and Fertilizer Science, 2011,17(6):1365-1371.

　　

　　[本文引用: 1]

　　

　　[17]

　　

　　張瑞斌 .

　　

　　不同水生植物對汙水處理廠尾水的生態淨化效果分析

　　

　　[J]. 環境工程技術學報, 2015,5(6):504-508.

　　

　　[本文引用: 1]

　　

　　ZHANG R B .

　　

　　Ecological purification efficiency of several aquatic plants on tail water of sewage treatment plant

　　

　　[J]. Journal of Environmental Engineering Technology, 2015,5(6):504-508.

　　

　　[本文引用: 1]

　　

　　[18]

　　

　　謝嬌, 鮑建國, 易振輝 .

　　

　　人工濕地植物特性的研究及植物配置分析

　　

　　[J].化學工程與裝備, 2011(4):164-166.

　　

　　DOI:10.3969/j.issn.1003-0735.2011.04.062      URL     [本文引用: 1]

　　

　　[19]

　　

　　國家環境保護總局. 城鎮汙水處理廠汙染物排放標準: GB 18918—2002[S]. 北京: 中國標準出版社, 2002.

　　

　　[本文引用: 5]

　　

　　[20]

　　

　　REDDY K R .

　　

　　Oxygen transport through aquatic macrophytes

　　

　　[J]. Journal of Environmental Quality, 1989,19(2):261-267.

　　

　　[本文引用: 1]

　　

　　[21]

　　

　　BRIX H .

　　

　　Do macrophytes play a role in constructed treatment wetlands

　　

　　[J]. Water Research, 1997,35(5):11-17.

　　

　　DOI:10.1016/S0273-1223(97)00047-4      URL     [本文引用: 1]

　　

　　[22]

　　

　　SCHOLZ M, XU J .

　　

　　Comparison of constructed reed beds with different filter media and macrophytes treating urban stream water contaminated with lead and copper

　　

　　[J]. Ecological Engineering, 2002,18(3):385-390.

　　

　　[JCR:3.023] DOI:10.1016/S0925-8574(01)00100-8      URL     Magsci     [本文引用: 1]

　　

　　[23]

　　

　　張文娟 .

　　

　　人工濕地除磷基質研究及同步脫氮除磷填料的開發

　　

　　[D]. 重慶:西南大學, 2011.

　　

　　[本文引用: 1]

　　

　　[24]

　　

　　BRIX H .

　　

　　Functions of macrophytes in constructed wetlands

　　

　　[J]. Water Science & Technology, 1994,29(1/2):37-42.

　　

　　[本文引用: 1]

　　

　　[25]

　　

　　高翔, 張先斌 .

　　

　　A 2/O生物膜與人工濕地處理村落汙水中試研究

　　

　　[J]. 科學技術與工程, 2011,11(21):5120-5123.

　　

　　DOI:10.3969/j.issn.1671-1815.2011.21.035      URL     [本文引用: 1]

　　

　　[26]

　　

　　SUN G, ZHAO Y, ALLEN S .

　　

　　Enhanced removal of organic matter and ammonia-nitrogen in a column experiment of tidal flow constructed wetland system

　　

　　[J]. Journal of Biotechnology, 2005,115(2):189-197.

　　

　　DOI:10.1016/j.jbiotec.2004.08.009      URL     PMID:15607237      [本文引用: 1]

　　

　　[27]

　　

　　王拯, 張紅濤 .

　　

　　間歇流人工濕地處理農村k8凯发电子游戏官网汙水的研究

　　

　　[J]. 蘭州交通大學學報, 2011,30(4):111-115.

　　

　　[本文引用: 1]

　　

　　WANG Z , ZHANG H T .

　　

　　Batch-flow constructed wetland for rural wastewater treatment

　　

　　[J].Journal of Lanzhou Jiaotong University, 2011, 30(4):111-115.

　　

　　[本文引用: 1]