復合型人工濕處理農副產品市場污水處理站尾水的研究

聶忠文 鄧樂 龔林華 鄭勇 馬英才

湖北同源環境科技有限公司，中國·湖北 武漢 430200

1 引言

人工濕地技術具有高負荷、水質凈化效果好、結構簡單、投資低、運行管理簡單等優點[1,2]，近年來常作為污水處理廠尾水深度處理技術。其常用的工藝有復合垂直流、水平潛流等以濕地為核心的組合工藝，濕地出水水質基本可以達到GB3838——2002《地表水環境質量標準》Ⅲ類或Ⅳ類標準[2,3]。

本實驗通過以“垂直潛流人工濕地+表面流人工濕地”為組合的復合型人工濕地處理某農副產品市場污水處理站尾水，并在填料中使用礫石、石灰石/沸石及生物炭/鐵基質為組合填料，研究COD和氮、磷營養鹽在工藝流程中的去除效果，在運行過程中采用碳源的投加以期經深度處理后水質能達到GB3838——2002《地表水環境質量標準》的Ⅳ類標準。

2 材料與方法

2.1 試驗用水

實驗用水為某農副產品市場綜合污水處理站的尾水，該污水處理站進水中BOD/COD＞0.4，活性良好，出水指標穩定達到一級A標準。如表1所示。

表1 試驗用水水質

2.2 工藝流程

如圖1、圖2所示，某農副產品市場產生的生產和生活污水經過污水處理站處理后的尾水通過提升泵輸送至人工濕地進行深度處理，人工濕地采用垂直潛流人工濕地+表流人工濕地組合的工藝。

圖1 農副產品市場污水處理站工藝流程圖

圖2 復合型人工濕地試驗工藝流程圖

2.3 實驗裝置

人工濕地反應器采用鋼板制作而成，設計處理能力5m3/d。主要設施設計參數見表2，人工濕地填料使用情況見表3。

表2 主要設施設計參數

表3 人工濕地采用填料使用情況

續表

本次試驗垂直潛流人工濕地搭配種植美人蕉、菖蒲、鳶尾和再力花，面積各25%，種植密度為12株/m2。表面流人工濕地選擇再力花、苦草、睡蓮和綠狐尾藻，面積各25%。

2.4 實驗方法

本次試驗時間為6～9月，調試期為2個月，系統經過調試運行穩定后分別從污水處理站出水、垂直潛流人工濕地出水以及表流人工濕地出水3處采集水樣，監測COD、NH3-N、TN、TP水質指標。其中，實驗數據采集時間為8月16日至9月26日。

2.5 分析方法

COD采用快速消解分光光度法，氨氮采用納氏試劑分光光度法，TN采用堿性過硫酸鉀消解紫外分光光度法，TP采用鉬酸銨分光光度法。

3 結果與討論

3.1 對COD的去除效果

人工濕地有機物主要通過濕地的過濾作用、植物根系生物膜的吸附、吸收及生物降解過程被分解去除，其中主要是通過好氧和厭氧代謝實現生物降解，從而降低污水的COD。從圖3可以看出，濕地進水COD在Ⅴ類水質標準左右，濕地出水COD均低于地表水Ⅳ類標準（30mg/L）。

圖3 復合型人工濕地對COD的去除效果

3.2 對NH3-N和TN的去除效果

人工濕地系統中氮的去除途徑包括填料的吸附作用、微生物作用及植物的吸收、少部分以NH3揮發等，但植物直接吸收和揮發只占很小的一部分，主要的去除途徑是微生物的硝化、反硝化[3]。從圖4可以看出，濕地進水NH3-N基本保持在Ⅳ類標準以下，出水NH3-N有穩定的去除率，出水質均低于地表水Ⅳ類標準。

圖4 復合型人工濕地對NH3-N的去除效果

有研究顯示，濕地對TN的去除率，隨C/N的增加而增加。當C/N小于5∶1時，脫氮效率并不理想。當進水C/N小于3.4∶1時，需外加碳源才能保證脫氮的效果。本次組合型人工濕地進水的碳氮比較低，平均值為3.9∶1，試驗過程中通過添加乙酸鈉來調節進水的碳氮比，碳氮比調整后的比例為8∶1。從圖5可以看出，濕地進水TN基本保持在一級A標準以下，通過投加碳源，出水TN有穩定的去除率，其中在TN進水低于5mg/L時出水質均低于地表水Ⅳ類標準；當TN進水高于5mg/L時，出水總氮有60～80%的去除率。

圖5 復合型人工濕地對TN的去除效果

從對NH3-N和TN的去除率綜合分析，氨氮的去除效果并不明顯，總體去除率不高，而總氮的去除主要位于垂直流人工濕地。

3.3 對TP的去除效果

人工濕地對磷的去除主要是通過填料吸附、微生物和植物的吸收以及有機物的吸附等實現。從圖6可以看出，濕地進水TP大部分在Ⅳ類標準（0.3mg/L）以下，濕地出水TP均低于Ⅲ類標準（0.2mg/L）。

圖6 復合型人工濕地對TP的去除效果

4 結語

第一，采用“垂直潛流人工濕地+表面流人工濕地”的復合型人工濕地可用于農副產品市場污水處理站尾水的提升，對COD、NH3-N和TP有穩定的去除率，出水能達到GB3838-2002《地表水環境質量標準》中的Ⅳ類標準。

第二，通過投加碳源，在氣溫高于12℃，出水TN有穩定的去除率，其中在TN進水低于5mg/L時出水TN能穩定達到地表水Ⅳ類標準；當TN進水高于5mg/L時，達到5～15mg/L時，出水總氮亦有6～10mg/L的去除量，去除率達60%～80%。