“预曝气+人工湿地”组合工艺在处理城镇污水中的应用实例

三峡水库修建完工, 蓄水水位提升后, 库区水体流速减慢, 水体自净能力严重降低。为保护库区水体水质, 应控制污染物的排入量, 特别是引起水体富营养化的N、P等[1]。

本工程是在总结现有人工湿地污水处理工艺技术的基础上, 对人工湿地工艺参数进行改良, 探索出水水质达《城镇污水处理厂污染物排放标准》 (GB18918—2002) 表1中一级标准的A标准的技术参数。

1 工程建设

1.1 项目概况

迎龙镇位于重庆南岸区东部, 属亚热带季风型湿润气候, 四季分明, 雨量充沛, 无霜期长, 湿度大, 春旱、夏热、秋多雨, 冬季多雾的特点。年平均气温摄氏18.8度。

迎龙镇污水处理工程于2008年5月开工建设, 2009年2月建成投入运行, 设计处理能力为2000m3/d。设计进出水水质如表1所示。

1.2 工艺流程

如图1所示。

1.3 工艺设计

1.3.1 预处理工艺段

单位面积的湿地去污能力是有限的, 为节约土地, 确保污水稳定达标, 需要在湿地系统前增加预处理工艺段。目前预处理方法主要有水解酸化和预曝气两种, 本项目预处理段采用预曝气工艺。曝气池停留时间为4.5h, BOD容积负荷为818g/m3·d。污水经预曝气处理后会产生大量剩余污泥, 若直接排入湿地中势必会引起湿地基质堵塞, 为防止湿地堵塞需修建沉淀池对经预曝气处理后的污水进行泥水分离, 本项目采用竖流式沉淀池, 停留时间为停留时间t=1.39h, 表面负荷2.5m3/m2·h。

1.3.2 湿地工艺段

经预处理后的污水进入湿地段, 本工艺段由湿地基质、湿地植物及微生物共同作用对污水进行进一步处理。前期主要由湿地基质的截留和吸附作用去除污染物, 系统成熟后, 特种填料表面和植物根系将由大量微生物的生长而形成生物膜。污水流经生物膜时, 残余的SS被填料和植物根系有机截留, 有机污染物则通过生物膜的吸收、同化及异化作用而被去除。同时系统中因植物根系对氧的传递释放, 使其周围的环境中依次呈现出好氧、厌氧和缺氧状态, 保证了废水中氮、磷不仅能被植物和微生物作为营养成分而直接吸收, 而且还可以通过硝化、反硝化作用及微生物对磷的过量积累作用将其从废水中去除。

(1) 湿地构建。

本项目湿地工艺段采用三级串联的方式, 湿地水力负荷为:1.0m3/m2, 总面积为2000m2, 布水方式采用表面布水垂直流方式。

(2) 湿地基质。

湿地基质其主要作用是吸附部分污水中的污染物, 并作为微生物、湿地植物的载体, 同时也作为植物生长的基体, 为植物提供营养。基质必须满足空隙率大, 渗透性好, 硬度大的特点[2~5]。本项目选择石灰石和河硅砂作为湿地基质, 其具有如下优点。

(1) 两种材料的物理性质较适应湿地基质的基本要求, 且成本低廉。

(2) 石灰石富含Ca+离子, 可通过吸附沉降作用降解水中的P。

(3) 河硅沙具有较高的比表面积, 是微生物生长的良好载体, 能附着更多的微生物, 通过微生物的作用达到去除污染物的目的。本项目基质配置如表2所示。

(3) 湿地植物。

湿地植物在选择的过程中应遵循湿地栽种、耐污能力强、净化能力强以及根系发达的要求[6～9]。

我们对重庆地区主要水生植物 (黑麦草、空心莲子草、水葫芦、吉祥草、水葱、风车草、香根草、美人蕉) 做了比较分析, 并结合工程实例得出:黑麦草是一年生植物, 冬季生长迅速, 但夏季不能正常生长;空心莲子草可全年生长, 但抗病虫害和杂草能力差;水葫芦为水生飘浮植物, 根系不发达;吉祥草喜阴, 在重庆地区夏季强烈的日光照射下不能正常的生长;不适合吉祥草的生长;水葱是多年生植物, 可保持全年生长, 但其生长较为缓慢。因此本项目选择了风车草、美人蕉和香根草作为湿地植物。植物种植密度为5株/m2。

2 结果与讨论

2.1 达标情况

项目建成投入使用后, 南岸区环保局对出水进行了监测, 结果如表3所示。

由监测数据可以看出该污水处理厂出水优于GB18938中一级A表的要求。

2.2 植物生长情况

项目完工后我们对植物生长情况进行了测定, 结果见图2。

测得植物的增长量后通过植物中N、P的含量即可求得植物对N、P的吸收量。经测算, 单位面积的植物对N、P的吸收量见表4。

通过以上分析可以得出风车草、香根草和美人蕉用于污水处理系统对N、P的去除效果明显。

2.3 各工艺段去除率

对本项目进水浓度、预处理池出口浓度及湿地出水浓度进行监测, 结果见表5。

将表5中的数据结合植物对污染物的去除负荷得出各部分对污染物的去除率见图3和图4。

2.4 工程效益分析

本项目处理能力为2000m3/d, 建设成本为240万元, 单方建设成本为1200元/m3, 约为国内传统二级污水处理厂成本的2/3。吨水处理成本为0.21元/m3, 仅为传统二级污水处理成运行费用的1/3左右。经济效益十分显著[10]。

3 结语

对迎龙镇污水处理厂的研究表明, 对污水的处理效果好, 出水达到GB18938中一级A标的要求。且建设成本和运行成本均较低, 具有巨大的推广使用前景。

人工湿地作为一种还在研究当中的污水处理技术, 其是一个植物、土壤、微生物组成的复杂环境, 里面既有物理、化学反应, 还存在生物反应, 反应机理牵涉面很多, 如何得到一个最佳的人工环境, 是我们要进行的下一步研究, 解决了这个问题, 不仅有利于压缩湿地面积, 节约土地, 更对于项目的推广有着良好的促进作用。

摘要：本文以重庆市巴南区迎龙镇污水处理工程为依托, 对“预曝气+人工湿地”组合工艺污水处理系统在治理城镇污水中的应用进行研究。湿地水力负荷为1m3/m2·d。研究表明风车草、香根草和美人蕉, 对N的吸收量 (以g/d·m2计) 分别为3.89、2.13、6.04;对P的吸收量 (以g/d·m2计) 分别为:0.71、0.39、1.01。湿地系统对COD、B0D、NH3-N、TP的去除效率 (以%表示) 分别为62.7、77.4、20.5、65.4。污水处理厂出水各项指标均优于GB18918—2002中一级A标的要求。

关键词：人工湿地,重庆,应用实例

参考文献

[1] 尹军, 崔玉波.人工湿地污水处理技术[M].北京:化学工业出版社, 2006:185～194.

[2] 杨俊, 龚琴红.人工湿地在我国农村生活污水治理中的应用[J].农业环境与发展, 2007 (2) :71～74.

[3] Vallentyne J R.The Algal bowl:lakes and man[M].Ottawa:Miscellaneous Spe-cial Publication, 1974:31～45.

[4] 陈秀荣, 周琪.人工湿地脱氮除磷特性研究[J].生态环境, 2006, 15 (2) :391～396.

[5] Sakedevan K, Bavor H J.Phosrption characteristics of soils, slags and zeolite to be used as substrates in constructed wetland systerms[J].Warer Research, 1998, 32 (2) :393～398.

[6] 汤显强, 黄岁梁.人工湿地去污机理及国内外应用现状[J].水处理技术, 2007, 33 (2) :9～13.

[7] 梁威, 吴振斌.人工湿地对污水中氮磷的去除机制研究进展[J].环境科学动态, 2000, 3:32～37.

[8] 王圣瑞, 年跃刚, 侯文华, 等.人工湿地植物的选择[J].湖泊科学, 2004, 16 (1) :91～95.

[9] Liang Wei, Wu Zhen-bin, Cheng Shui-ping, et al.Roles of substrate microorgainsms and urease activities in wastewater purifi-cation in a constructed wetland system[J].Ecological Engineering, 2003, 21:191～195.

[10] 原培胜.城镇污水处理厂运行成本分析[J].环境科学与管理, 2008 (1) :108～109.