分段進水三級串聯人工快速滲濾系統處理高氨態氮生活污水

康愛彬　宗慧敏　霍鵬　陳鴻漢

摘要：以校園學生生活區高氨態氮生活污水為研究對象，采用分段進水三級串聯人工快速滲濾系統對污染物的去除效果進行研究。試驗結果顯示：一級子系統表層和二級子系統表層分別以1 m/d和0.3 m/d水力負荷進水時，COD負荷提高到0.23 kg/（m2·d），去除率為84.6%；氨態氮負荷提高到123.2 g/（m2·d），NH+4-N去除率為96.7%；出水中COD、NH+4-N的濃度都能滿足《城鎮污水處理廠污染物綜合排放標準》（GB18918-2002）一級A標準?？偟娜コ蕿?3.8%，C/N比值由原來的0.83提高到1.10，C/N比值的提高主要是因為總氮去除率明顯提高了。與單段進水相比，分段進水可以發揮三級串聯人工快速滲濾系統的優勢，提高水力負荷，相應地減少占地面積。

關鍵詞：三級串聯人工快速滲濾系統；高氨態氮生活污水；分段進水

中圖分類號： X703文獻標志碼： A文章編號：1002-1302（2014）01-0323-02

收稿日期：2013-05-05

基金項目：河北省科技支撐計劃（編號：12273602）；河北省教育廳資助項目（編號：Z2011301）

作者簡介：康愛彬（1981—），男，安徽蒙城人，博士，講師，主要從事水污染控制研究。Tel：（0311）85113078；E-mail：kabcugb@163.com。人工快速滲濾系統（Constructed Rapid Infiltration，簡稱CRI）是在傳統的污水土地處理系統上發展起來的一種新的生物處理方法，具有處理效果好，投資少，管理方便，操作簡單，運行費用較低等優點[1-4]。近年來我國對人工快速滲濾系統進行了研究比較，并有實際工程應用[5-7]。筆者采用三級串聯人工快速滲濾系統對高氨態氮生活污水和模擬養殖廢水進行了研究，雖然三級串聯人工快速滲濾系統對污染物的去除效果較傳統人工快速滲濾系統有不同程度的提高，但是由于第一級子系統的停留時間較短，通常25 min左右就已出水，并沒有發揮其復氧效果好，能分擔污染物負荷的優勢。當水力負荷大于 1.2 m/d 時，三級串聯人工快速滲濾系統對污染物的去除率明顯下降，出水已不能滿足一級A的標準[8-10]。因此，為了最大程度地發揮三級串聯人工快速滲濾系統的優勢，進行分段進水處理高氨態氮生活污水研究，考察分段進水對污染物的去除效果。

1材料與方法

1.1生活污水

試驗進水來自校園學生生活區化糞池，主要來源于學生宿舍的洗漱、沖廁以及其他用水，試驗廢水水質指標為：COD：382.3～794.8 mg/L；氨態氮：103.9～174.4 mg/L；NO2--N：0～0.97mg/L；NO3--N：0～0.52 mg/L；總氮：119.9～175.3 mg/L，屬于典型的高氨態氮生活污水。生活污水經過微曝氣后進入人工快速滲濾系統。試驗中的進水即經過微曝氣后的生活污水。

1.2試驗設計

本試驗采用的工藝流程見圖1。

三級串聯人工快速滲濾系統裝置由內徑為200 mm的 PVC管制成，下部1 m設為飽水層。填料采用中沙，所選用的中沙粒徑為0.4～1.2 mm，d10=0.25 mm，不均勻系數=312，并混有少量大理石補充堿度。保護高0.4 m，距頂部 01 m 處為溢流口，一、二級子系統介質厚度均為0.5 m，三級子系統介質厚度為1.0 m，介質總高度為2.0 m。一、二級子系統中間以及二、三級子系統中間均有0.2 m高的通氣層。進水總水力負荷為1.3 m/d，其中一級子系統表層進水水力負荷為 1.0 m/d，二級子系統表層進水水力負荷為0.3 m/d。每天進水4次，水力負荷周期為6 h，濕干比為1 ∶5，間隔2～3 d定時取1次樣。

1.3分析項目及方法

試驗分析項目包括COD、NH+4-N、總氮等。檢測分析項目均采用國家標準方法。

2結果與分析

2.1COD運行結果分析

分段進水COD運行結果見圖2。由圖2可知，正常運行階段系統整體COD進水濃度為176～260 mg/L，平均濃度為211.4 mg/L，COD負荷為0.23 kg/（m2·d），出水濃度為27～39 mg/L，平均濃度為31.8 mg/L，出水均能滿足GB 18918—2002《城鎮污水處理廠污染物綜合排放標準》一級A標準。COD累計去除率在81.8%～89.2%之間，平均累計去除率為84.6%。其中，一級子系統平均累計去除率為53.1%，一、二級子系統平均累計去除率為62.1%，二級子系統凈去除率為9.0%，一、二、三級子系統平均累計去除率為84.6%，三級子系統凈去除率為22.5 %。一級子系統、二級子系統、三級子系統出水依次變好。其中一半的COD是在一級子系統階段得到去除。

一級子系統階段的去除率與單段式進水同負荷進水條件的相差很小，二級子系統階段由于補充了一部分進水，使其總的去除率有所降低，但考慮到進水的原因，二級子系統仍然發揮了像一級子系統一樣的效果，有效地分擔了COD的污染負荷。同時三級子系統末端的出水并沒有因為總進水負荷的提高而降低，容積負荷由表層單一進水的0.13 kg/（m2·d）提高到分段進水的0.23 kg/（m2·d）。

2.2氨態氮的運行結果

由圖3可知，分段進水正常運行階段系統整體NH+4-N進水濃度為86～108 mg/L，平均濃度為98.1 mg/L，出水濃度在2.4～4.0 mg/L之間，平均濃度為3.3 mg/L，平均容積負荷為123.2 g/（m2·d），穩定后的出水均能滿足GB 18918—2002《城鎮污水處理廠污染物綜合排放標準》一級A標準。NH+4-N累計去除率在95.8%～97.3%之間，平均去除率為96.7%。其中，一級子系統平均累計去除率為467%，一、二級子系統平均累計去除率為69.0%，二級子系統凈去除率為22.3%，一、二、三級子系統平均累計去除率為967%，三級子系統凈去除率為27.7%。一級子系統、二級子系統、三級子系統出水依次變好。其中接近一半的NH+4-N是在一級子系統階段得到去除。endprint

分段進水后，一級子系統階段的出水濃度與單段式進水同水力負荷條件下進水相差不大，二級子系統階段由于補充了一部分原水，所以二級子系統末端的出水濃度較單段式進水有所提高，由于二級子系統階段復氧的優勢，保證了很好的去除率，雖然總的進水負荷提高了，容積負荷由單段進水時的 7607 g/（m2·d） 提高到分段進水123.2 g/（m2·d），但其最終的出水濃度并沒有明顯比單段進水下降，主要是由于在三級階段氨化細菌、硝化細菌、反硝化細菌數量均保持了一個較高的水平，充分地發揮了分段式結構的復氧優勢，所以使其最終的去除率維持在96.7%左右。

2.3總氮的運行結果

由圖4可知，分段進水正常運行階段系統整體總氮進水濃度為95～121 mg/L，出水濃度為35.6～44.0 mg/L，平均濃度為38.9 mg/L，穩定后出水均不能滿足GB18918—2002《城鎮污水處理廠污染物綜合排放標準》一級B標準?？偟コ试?0.1%～66.1%之間，累計平均去除率為63.8%。其中，一級子系統平均去除率為16.5%，一、二級子系統平均累計去除率為32.7%，二級子系統凈去除率為16.2%，一、二、三級子系統平均累計去除率為638%，三級子系統凈去除率為31.1%。一級子系統、二級子系統、三級子系統出水依次變好。其中去除的總氮中近50%是在三級子系統階段實現的。

分段進水后，一級子系統階段的出水濃度與表層單一進水同水力負荷條件下變化不大，二級子系統階段由于補充了一部分原水，所以二級子系統末端的出水濃度較表層單一進水有所提高，三級子系統階段由于進入三級子系統的COD濃度有所提高，增加了進水的C/N比值，分段進水后平均C/N

比值由原來的0.83提高到1.1，增加了近30%，同時三級子系統內獨特的兼氧環境促進了系統內反硝化作用的提升，但是由于C/N比值較理想的完全反硝化數值相差仍然較大，導致系統總氮的去除效率不是很理想。因此，采取分段進水后系統的有機負荷和水力負荷均不同程度的提高，而出水的水質較單段進水時并沒有大的變化，充分說明人工快速滲濾系統采用分段式結構后，即可發揮原有的優勢，同時還可以增加復氧，增大有機負荷，在保證出水水質的條件下相應地減少了人工快速滲濾系統的占地面積，具有較好的實際工程應用價值。

3結論

一級子系統表層和二級子系統表層分別以1 m/d和 0.3 m/d 水力負荷進水時，COD負荷提高到0.23 kg/（m2·d），去除率為84.6%。氨態氮負荷提高到123.2 g/（m2·d），去除率為96.7%。出水中COD、NH+4-N的濃度都能滿足 GB 18918—2002 《城鎮污水處理廠污染物綜合排放標準》一級A標準。同時，總氮的去除率為63.8%。

參考文獻：

[1]何江濤，鐘佐燊，湯鳴皋，等. 人工構建快速滲濾系統污水處理系統的實驗[J]. 中國環境科學，2002，22（3）：239-243.

[2]何江濤，鐘佐燊，湯鳴皋，等. 解決污水快速滲濾土地處理系統占地突出新方法[J]. 現代地質，2001，15（3）：339-345.

[3]Belinda E H，Fletcher T D，Deletic A. Treatment performance of gravel filter media：Implications for design and application of storm water infiltration systems[J]. Water Research，2007，41：2513-2524.

[4]Leverenz H L，Tchobanoglous G，Darby J L. Clogging in intermittently dosed sand filters used for wastewater treatment[J]. Water Research，2009，43（3）：695-705.

[5]張金炳，黃培鴻，楊小毛，等. 東莞華興電器廠生活污水人工快速滲濾處理系統[J]. 環境工程，2003，21（6）：32-35.

[6]李麗，陸兆華，王昊，等. 新型混合填料人工快速滲濾系統處理污染河水的試驗研究[J]. 中國給水排水，2007，23（11）：86-89.

[7]牟新民，黃培鴻，張金炳，等. 人工快速滲濾處理深圳茅洲河水的實驗研究[J]. 應用基礎與工程科學學報，2003，11（4）：370-377.

[8]康愛彬，楊雅雯，王守偉，等. 三級串聯人工快速滲濾系統處理養殖廢水[J]. 環境工程學報，2009，3（3）：475-478.

[9]康愛彬，祝明，王守偉，等. 人工快速滲濾系統處理模擬養殖廢水的研究[J]. 中國給水排水，2009，25（19）：65-67.

[10]謝宇軒，康愛彬，李明，等. 三級人工快速滲濾系統脫氮效果及菌種分布分析[J]. 環境工程學報，2010，4（6）：1271-1275.雷鈞鎰，李猛，馬旭洲，等. 青萍對富營養化水體氮、磷的去除效果[J]. 江蘇農業科學，2014，42（1）：325-328.endprint

分段進水后，一級子系統階段的出水濃度與單段式進水同水力負荷條件下進水相差不大，二級子系統階段由于補充了一部分原水，所以二級子系統末端的出水濃度較單段式進水有所提高，由于二級子系統階段復氧的優勢，保證了很好的去除率，雖然總的進水負荷提高了，容積負荷由單段進水時的 7607 g/（m2·d） 提高到分段進水123.2 g/（m2·d），但其最終的出水濃度并沒有明顯比單段進水下降，主要是由于在三級階段氨化細菌、硝化細菌、反硝化細菌數量均保持了一個較高的水平，充分地發揮了分段式結構的復氧優勢，所以使其最終的去除率維持在96.7%左右。

2.3總氮的運行結果

由圖4可知，分段進水正常運行階段系統整體總氮進水濃度為95～121 mg/L，出水濃度為35.6～44.0 mg/L，平均濃度為38.9 mg/L，穩定后出水均不能滿足GB18918—2002《城鎮污水處理廠污染物綜合排放標準》一級B標準?？偟コ试?0.1%～66.1%之間，累計平均去除率為63.8%。其中，一級子系統平均去除率為16.5%，一、二級子系統平均累計去除率為32.7%，二級子系統凈去除率為16.2%，一、二、三級子系統平均累計去除率為638%，三級子系統凈去除率為31.1%。一級子系統、二級子系統、三級子系統出水依次變好。其中去除的總氮中近50%是在三級子系統階段實現的。

分段進水后，一級子系統階段的出水濃度與表層單一進水同水力負荷條件下變化不大，二級子系統階段由于補充了一部分原水，所以二級子系統末端的出水濃度較表層單一進水有所提高，三級子系統階段由于進入三級子系統的COD濃度有所提高，增加了進水的C/N比值，分段進水后平均C/N

比值由原來的0.83提高到1.1，增加了近30%，同時三級子系統內獨特的兼氧環境促進了系統內反硝化作用的提升，但是由于C/N比值較理想的完全反硝化數值相差仍然較大，導致系統總氮的去除效率不是很理想。因此，采取分段進水后系統的有機負荷和水力負荷均不同程度的提高，而出水的水質較單段進水時并沒有大的變化，充分說明人工快速滲濾系統采用分段式結構后，即可發揮原有的優勢，同時還可以增加復氧，增大有機負荷，在保證出水水質的條件下相應地減少了人工快速滲濾系統的占地面積，具有較好的實際工程應用價值。

3結論

一級子系統表層和二級子系統表層分別以1 m/d和 0.3 m/d 水力負荷進水時，COD負荷提高到0.23 kg/（m2·d），去除率為84.6%。氨態氮負荷提高到123.2 g/（m2·d），去除率為96.7%。出水中COD、NH+4-N的濃度都能滿足 GB 18918—2002 《城鎮污水處理廠污染物綜合排放標準》一級A標準。同時，總氮的去除率為63.8%。

參考文獻：

[1]何江濤，鐘佐燊，湯鳴皋，等. 人工構建快速滲濾系統污水處理系統的實驗[J]. 中國環境科學，2002，22（3）：239-243.

[2]何江濤，鐘佐燊，湯鳴皋，等. 解決污水快速滲濾土地處理系統占地突出新方法[J]. 現代地質，2001，15（3）：339-345.

[3]Belinda E H，Fletcher T D，Deletic A. Treatment performance of gravel filter media：Implications for design and application of storm water infiltration systems[J]. Water Research，2007，41：2513-2524.

[4]Leverenz H L，Tchobanoglous G，Darby J L. Clogging in intermittently dosed sand filters used for wastewater treatment[J]. Water Research，2009，43（3）：695-705.

[5]張金炳，黃培鴻，楊小毛，等. 東莞華興電器廠生活污水人工快速滲濾處理系統[J]. 環境工程，2003，21（6）：32-35.

[6]李麗，陸兆華，王昊，等. 新型混合填料人工快速滲濾系統處理污染河水的試驗研究[J]. 中國給水排水，2007，23（11）：86-89.

[7]牟新民，黃培鴻，張金炳，等. 人工快速滲濾處理深圳茅洲河水的實驗研究[J]. 應用基礎與工程科學學報，2003，11（4）：370-377.

[8]康愛彬，楊雅雯，王守偉，等. 三級串聯人工快速滲濾系統處理養殖廢水[J]. 環境工程學報，2009，3（3）：475-478.

[9]康愛彬，祝明，王守偉，等. 人工快速滲濾系統處理模擬養殖廢水的研究[J]. 中國給水排水，2009，25（19）：65-67.

[10]謝宇軒，康愛彬，李明，等. 三級人工快速滲濾系統脫氮效果及菌種分布分析[J]. 環境工程學報，2010，4（6）：1271-1275.雷鈞鎰，李猛，馬旭洲，等. 青萍對富營養化水體氮、磷的去除效果[J]. 江蘇農業科學，2014，42（1）：325-328.endprint

分段進水后，一級子系統階段的出水濃度與單段式進水同水力負荷條件下進水相差不大，二級子系統階段由于補充了一部分原水，所以二級子系統末端的出水濃度較單段式進水有所提高，由于二級子系統階段復氧的優勢，保證了很好的去除率，雖然總的進水負荷提高了，容積負荷由單段進水時的 7607 g/（m2·d） 提高到分段進水123.2 g/（m2·d），但其最終的出水濃度并沒有明顯比單段進水下降，主要是由于在三級階段氨化細菌、硝化細菌、反硝化細菌數量均保持了一個較高的水平，充分地發揮了分段式結構的復氧優勢，所以使其最終的去除率維持在96.7%左右。

2.3總氮的運行結果

由圖4可知，分段進水正常運行階段系統整體總氮進水濃度為95～121 mg/L，出水濃度為35.6～44.0 mg/L，平均濃度為38.9 mg/L，穩定后出水均不能滿足GB18918—2002《城鎮污水處理廠污染物綜合排放標準》一級B標準?？偟コ试?0.1%～66.1%之間，累計平均去除率為63.8%。其中，一級子系統平均去除率為16.5%，一、二級子系統平均累計去除率為32.7%，二級子系統凈去除率為16.2%，一、二、三級子系統平均累計去除率為638%，三級子系統凈去除率為31.1%。一級子系統、二級子系統、三級子系統出水依次變好。其中去除的總氮中近50%是在三級子系統階段實現的。

分段進水后，一級子系統階段的出水濃度與表層單一進水同水力負荷條件下變化不大，二級子系統階段由于補充了一部分原水，所以二級子系統末端的出水濃度較表層單一進水有所提高，三級子系統階段由于進入三級子系統的COD濃度有所提高，增加了進水的C/N比值，分段進水后平均C/N

比值由原來的0.83提高到1.1，增加了近30%，同時三級子系統內獨特的兼氧環境促進了系統內反硝化作用的提升，但是由于C/N比值較理想的完全反硝化數值相差仍然較大，導致系統總氮的去除效率不是很理想。因此，采取分段進水后系統的有機負荷和水力負荷均不同程度的提高，而出水的水質較單段進水時并沒有大的變化，充分說明人工快速滲濾系統采用分段式結構后，即可發揮原有的優勢，同時還可以增加復氧，增大有機負荷，在保證出水水質的條件下相應地減少了人工快速滲濾系統的占地面積，具有較好的實際工程應用價值。

3結論

一級子系統表層和二級子系統表層分別以1 m/d和 0.3 m/d 水力負荷進水時，COD負荷提高到0.23 kg/（m2·d），去除率為84.6%。氨態氮負荷提高到123.2 g/（m2·d），去除率為96.7%。出水中COD、NH+4-N的濃度都能滿足 GB 18918—2002 《城鎮污水處理廠污染物綜合排放標準》一級A標準。同時，總氮的去除率為63.8%。

參考文獻：

[1]何江濤，鐘佐燊，湯鳴皋，等. 人工構建快速滲濾系統污水處理系統的實驗[J]. 中國環境科學，2002，22（3）：239-243.

[2]何江濤，鐘佐燊，湯鳴皋，等. 解決污水快速滲濾土地處理系統占地突出新方法[J]. 現代地質，2001，15（3）：339-345.

[3]Belinda E H，Fletcher T D，Deletic A. Treatment performance of gravel filter media：Implications for design and application of storm water infiltration systems[J]. Water Research，2007，41：2513-2524.

[4]Leverenz H L，Tchobanoglous G，Darby J L. Clogging in intermittently dosed sand filters used for wastewater treatment[J]. Water Research，2009，43（3）：695-705.

[5]張金炳，黃培鴻，楊小毛，等. 東莞華興電器廠生活污水人工快速滲濾處理系統[J]. 環境工程，2003，21（6）：32-35.

[6]李麗，陸兆華，王昊，等. 新型混合填料人工快速滲濾系統處理污染河水的試驗研究[J]. 中國給水排水，2007，23（11）：86-89.

[7]牟新民，黃培鴻，張金炳，等. 人工快速滲濾處理深圳茅洲河水的實驗研究[J]. 應用基礎與工程科學學報，2003，11（4）：370-377.

[8]康愛彬，楊雅雯，王守偉，等. 三級串聯人工快速滲濾系統處理養殖廢水[J]. 環境工程學報，2009，3（3）：475-478.

[9]康愛彬，祝明，王守偉，等. 人工快速滲濾系統處理模擬養殖廢水的研究[J]. 中國給水排水，2009，25（19）：65-67.

[10]謝宇軒，康愛彬，李明，等. 三級人工快速滲濾系統脫氮效果及菌種分布分析[J]. 環境工程學報，2010，4（6）：1271-1275.雷鈞鎰，李猛，馬旭洲，等. 青萍對富營養化水體氮、磷的去除效果[J]. 江蘇農業科學，2014，42（1）：325-328.endprint