地下滲濾系統添加微曝氣處理生活污水強化脫氮的研究

姬雅彤 袁浩文

摘 要：從地下滲濾系統入手，針對其脫氮效率低、易堵塞等缺點，將土壤與爐渣1：1充分混合，并在系統中依次添加5%的活性污泥，在相同的水力負荷、污染負荷，不同曝氣量的情況下進行研究。實驗結果表明：在好氧層曝氣的情況下出水NH4+-N明顯降低。

關鍵詞：地下滲濾系統；脫氮；活性污泥；微曝氣

地下滲濾系統（subsurface infiltration system，SIS）是一種適合用于處理分散式污水有效的生態工程技術，污水在土壤-微生物的共同作用下，通過物理吸附、化學沉淀、微生物降解等過程得到凈化[1]。地下滲濾系統是土地土地處理系統的一種，除了具有基建和運行費用低，幾乎不需維護的優點之外，因為整個系統埋在地下，能夠有效防止人工濕地蚊蠅臭味，不影響地面的使用功能，且有利于保溫，使得系統可以在低溫環境下能夠穩定運行[2]。

在地下滲濾系統中，氮的脫除途徑有反硝化、植物吸收、土壤固定和氨氮揮發等，其中生物硝化、反硝化過程是最主要的途徑，但目前存在處理負荷低、總氮去除率低、易堵塞的問題，限制了該技術的推廣應用。本研究就是通過對系統填料的篩選優化和運行參數的選擇來解決上述問題。

1 材料與方法

1.1處理系統

構建五個實驗裝置，填料方式由上至下依次為：礫石層10cm、砂層10cm、復合填料層70cm、土和砂混合層5cm、礫石層5cm。分別為1#—5#。其中，復合填料層為爐渣：土：活性污泥=9.5：9.5：1，2#、3#和4#、5#曝氣量分別為1000mL/min、1500mL/min。

1.2試驗水質及測定項目和方法

實驗室通過采集生活污水，控制污水水質如表2所示。試驗測定項目為化學需氧量（COD）、總氮（TN）、氨氮（NH4+-N）分別采用重鉻酸鉀氧化法、過硫酸鉀氧化-紫外分光光度法及納氏試劑光度法測定。

1.3試驗方法

試驗中設計了一組為12 cm/d水力負荷，并控制污染因子COD、氨氮、總磷和總氮的含量，進水由控制閘閥來調節，出水口處于開放狀態，由收集裝置收集，以便對出水進行采集與測定。試驗中采用單因素試驗方法，干濕比采用3：1。

2 結果與討論

2.1系統的啟動

在水力負荷和污染負荷分別為12 cm/d和COD 150 mg/L的條件下，以COD的去除效果為指標，評價生物基質SIS 的啟動周期。由于系統啟動階段出水污染物含量不穩定，故2天取水測量一次。SIS中，去除COD主要是通過土壤中微生物的代謝活動來完成的，NH4+-N可被土壤基質吸附，但主要去除的途徑還是微生物把NH4+-N硝化成硝酸鹽氮。一般認為，對于活性污泥法等均勻混合型反應器來說，出水達到相應排放標準并能穩一周即視為啟動完成[3]。

2.2曝氣量對處理效果的影響

在試驗過程中設置了兩組曝氣，曝氣量根據進水量的大小粗略計算，以葡萄糖150mg/L為例，根據其完全氧化需要氧的量為112mL/L，但是考慮到氣體在水中的溶解率與空氣中的含氧量等因素，確定研究曝氣量分別為1000mL/min和1500mL/min，曝氣時間與進水時間一致。下圖2與圖3中的1、2和3及4和5裝置曝氣量分別為0、1000與1500mL/min。

由圖可以看出出水COD和氨氮濃度都會隨曝氣量的增加而降低，但是對于氨氮來說曝氣量增加2和3出水濃度基本相等。分析：氨氮與COD的去除主要是微生物進行有氧呼吸，通過生命代謝來完成的，氧在過程中起著極為重要的作用[4]，當氧氣含量增加COD和氨氮的去除效率也隨之增加，但是當氧氣達到一定限值后就不成為限制因素，限制因素可能是空間、營養物質或微量元素等，所以2、3和4、5裝置在曝氣量不同時氨氮去除效率基本相同。

相比于之前做水力負荷和污染負荷，添加了曝氣不僅提高了COD和氨氮的去除效效率，而且也改善了水力狀況，在氣流的沖擊下改善了表面土層孔隙率減小的狀況，為裝置在較大負荷下工作提供了可能。

3 結 論

綜合以上生物基質應用效果分析，總結得出以下結論：

1.裝置添加曝氣，出水COD與氨氮去除效率的到不同的提高，COD與氨氮去除率最高可以達到94%與96%；

2.裝置添加曝氣后在一定程度上改善了復合填料上層的填料結構，增加了填料的孔隙率，改善了裝置長時間運行的堵塞狀況。

3.裝置添加曝氣后總氮去除效果受到了影響，去除效率下降，是由于復合填料下層缺少碳源，從而導致C/N不合理，不利于反硝化的進行。

參考文獻：

[1]李英華，李海波，王 鑫，等.生物填料地下滲濾系統對生活污水的脫氮[J].環境工程學報，2013，7（9）：3369-3374.

[2]鄭彥強，盧會霞，許 偉，等.地下滲濾系統處理農村生活污水的研究[J].環境工程學報，2010，4（10）：2235-2238.

[3]鄧洪權，潘永亮，楊平.內循環三相生物流化床啟動特性實驗研究 [J].環境科學與技術，2001，93（1）：12-15.

[4]潘晶，孫鐵珩，地下滲濾系統微生物特征及強化脫氮工藝研究[D]，東北大學博士學位論文，沈陽，2009：2-3.

作者簡介：

姬雅彤（1995.09.17-）女，漢族，河南省鶴壁市，身份證號：410602199509174525，本科生，研究方向：環境工程

袁浩文（1996.04.17- ）男，漢族，江西省九江市，身份證號：360403199604170611，本科生，研究方向：環境工程