北方地區(qū)污水處理廠尾水濕地深度凈化的工藝研究

文_劉玉芳 北京環(huán)宇立業(yè)環(huán)保科技有限公司（河北分公司）

1 工藝方案研究

1.1 預(yù)處理工藝研究

深度處理工藝的預(yù)處理系統(tǒng)，考慮同時(shí)起到去除有機(jī)物、氨氮總磷的功效，對(duì)以下幾種工藝進(jìn)行比較，詳見表1。

表1 四種深度處理預(yù)處理工藝的比較

通過表1可以看出，單獨(dú)選擇任意一項(xiàng)工藝作為深度處理工藝，都不能有效去除水中COD、氨氮、總磷，因此建議考慮“MBBR+磁混凝”組合作為深度處理的預(yù)處理工藝。

（1）移動(dòng)床生物膜反應(yīng)器（MBBR）工藝

移動(dòng)床生物膜工藝以懸浮填料為微生物提供生長載體，通過懸浮填料的充分流化，實(shí)現(xiàn)污水的高效處理。該工藝充分汲取了生物接觸氧化及生物流化床的優(yōu)點(diǎn)，克服了其傳質(zhì)效率低、處理效率差、流化動(dòng)力高等缺點(diǎn)。

MBBR工藝原理：在好氧的條件下，曝氣充氧時(shí)，空氣泡的上升浮力推動(dòng)填料和周圍的水體流動(dòng)起來，當(dāng)氣流穿過水流和填料的空隙時(shí)又被填料阻滯，并被分割成小氣泡。在此過程中，填料被充分地?cái)嚢璨⑴c水流混合，而空氣流又被充分地分割成細(xì)小的氣泡，增加了生物膜與氧氣的接觸和傳氧效率。在厭氧條件下，水流和填料在潛水?dāng)嚢杵鞯淖饔孟鲁浞至骰饋恚_(dá)到生物膜和被處理的污染物充分接觸而降解的目的。

（2）磁混凝

磁混凝工藝是在傳統(tǒng)高密度沉淀池的工藝基礎(chǔ)之上研發(fā)的具有突破性進(jìn)展的分離技術(shù)，其基本原理是在污泥循環(huán)加載型沉淀技術(shù)的基礎(chǔ)上再投加磁粉，微粒磁粉作為沉淀析出晶核，使得水中膠體顆粒與磁粉顆粒很容易碰撞脫穩(wěn)而形成絮體，晶核眾多能夠使得每一粒微小的懸浮物顆粒能夠形成絮體，并且在絮體中包裹有磁粉，從而使得懸浮物去除效率大為提高。

1.2 人工濕地工藝研究

1.2.1 人工濕地去除機(jī)理

（1）懸浮固體的去除

在潛流濕地系統(tǒng)和表流濕地系統(tǒng)中，懸浮固體的去除都是在濕地的進(jìn)口5～10m內(nèi)完成。主要通過物理過程去除，如沉淀和過濾作用。過濾主要發(fā)生在懸浮固體與基質(zhì)、植物根系和莖部的碰撞過程中。因此懸浮固體去除率的高低主要決定于污水與植物和填料的接觸程度。

（2）有機(jī)物的去除

水中可生化降解顆粒性有機(jī)物通常在系統(tǒng)中沉淀或過濾后分解為溶解性有機(jī)物。溶解性有機(jī)物首先傳質(zhì)到附著在植物莖部和根區(qū)、填料表面的生物膜上，依據(jù)溶解氧濃度不同，再通過好氧、缺氧和厭氧途徑降解。

（3）氮的去除

濕地進(jìn)水中的氮主要以有機(jī)氮、氨氮和硝態(tài)氮的形式存在。濕地系統(tǒng)對(duì)氮的去除主要通過微生物的氨化、硝化和反硝化途徑去除。植物的吸收與收割只有在低負(fù)荷人工濕地系統(tǒng)中才對(duì)脫氮起重要的作用。而且，氮的去除與溫度有關(guān)，硝化菌和反硝化菌對(duì)低溫非常敏感，溫度低于15℃時(shí)，硝化速率急劇降低；溫度低于5℃時(shí)，生物脫氮功能幾乎停止。

（4）磷的去除

與脫氮相似，植物的吸收與收割只有在低負(fù)荷人工濕地系統(tǒng)中對(duì)除磷才起重要的作用。雖然微生物對(duì)磷也有吸收，但死亡后又釋放出來，對(duì)除磷意義不大。主要的除磷途徑是填料對(duì)磷的吸附和磷與Fe3+、A13+、Ca2+和Mg2+等金屬離子發(fā)生的化學(xué)沉淀作用。經(jīng)過不同規(guī)模的示范工程研究表明，蘆葦濕地系統(tǒng)不僅對(duì)污水中有機(jī)污染有很好的凈化效率，而且對(duì)N、P等營養(yǎng)物和某些重金屬也有較高的去除。

1.2.2 人工濕地工藝比選

（l）水平潛流型人工濕地

該系統(tǒng)由一個(gè)或多個(gè)填料床組成，床體填充填料，床底設(shè)有防滲層，防止污染地下水。污水自進(jìn)口處沿著濕地床水平緩慢流動(dòng)，出口處設(shè)置集水裝置和水位調(diào)節(jié)裝置，以保持水面低于床表層5～10cm和污水與根系的充分接觸。植物根系的釋氧，使其周圍的微環(huán)境依次出現(xiàn)好氧、缺氧和厭氧狀態(tài)，這是水平潛流型人工濕地脫氮的重要機(jī)理之一。

（2）垂直流人工濕地

該系統(tǒng)中，污水水流方向和床區(qū)呈垂直方向，往往采用間歇方式運(yùn)行。污水被投配到床區(qū)表面后，淹沒整個(gè)表面，隨后逐步垂直滲流到底部，由底部的集水系統(tǒng)收集后排放。在進(jìn)水間隙，空氣填充到床體中，保證了下一周期投配污水與空氣的充分接觸，提高了氧傳遞效率，從而強(qiáng)化了BOD去除和氨氮硝化的效果。

（3）表面流人工濕地

表面流人工濕地在內(nèi)部構(gòu)造、生態(tài)結(jié)構(gòu)和外觀上都類似于天然濕地，但經(jīng)過科學(xué)的設(shè)計(jì)、運(yùn)行管理和維護(hù)，去污效果優(yōu)于天然濕地系統(tǒng)。表面流人工濕地的水面位于濕地基質(zhì)以上，其水深一般為0.3～0.5m。污水從進(jìn)口以一定深度緩慢流過濕地表面，部分污水蒸發(fā)或滲入濕地，出水經(jīng)溢流堰流出。濕地中接近水面的部分為好氧層，較深部分及底部通常為厭氧區(qū)，因此具有與兼性塘相似的性質(zhì)。

北方地區(qū)冬季溫度較低，垂直流人工濕地不易于冬季運(yùn)行管理，因此建議選擇“水平潛流人工濕地+表面流人工濕地”。

1.3 主體工藝確定

為保證深度處理系統(tǒng)的處理效果,同時(shí)考慮采用占地面積小、分離效果好、易于管理、運(yùn)行費(fèi)用低等因素，建議考慮采用“移動(dòng)床生物膜反應(yīng)器（MBBR）和磁混凝”為主的組合工藝，作為主要處理技術(shù)對(duì)污水處理廠尾水進(jìn)行進(jìn)一步處理，同時(shí)為進(jìn)一步降低氮、磷等污染指標(biāo)，輔以“人工濕地”技術(shù)，采用組合工藝對(duì)污水處理廠出水進(jìn)行深度處理，使處理后的水質(zhì)滿足Ⅲ類地表水質(zhì)要求。

人工濕地作為水系規(guī)劃中的重要組成部分，濕地工藝的確定需從濕地負(fù)荷、水質(zhì)情況、占地面積、地形及建設(shè)投資等多方面進(jìn)行綜合考慮，確定本工程的主體工藝。

參考國內(nèi)外類似濕地工程的處理經(jīng)驗(yàn)，表流濕地的最不利水力負(fù)荷為垂直流人工濕地的1/16，為水平流人工濕地的1/10。但是表面流人工濕地，易受外部天氣等因素影響，保溫性能較差，在西藏、青海等高寒缺氧地區(qū)，常年低溫、缺氧的氣候條件更加使得微生物活性及水體大氣復(fù)氧能力下降，加上濕地植物長勢(shì)弱、生命周期短，致使?jié)竦叵到y(tǒng)運(yùn)行效果不佳，不適合在北方寒冷地區(qū)應(yīng)用。針對(duì)人工濕地在高寒缺氧地區(qū)所面臨的問題，為保證人工濕地在北方地區(qū)的高效穩(wěn)定運(yùn)行，潛流人工濕地更具優(yōu)勢(shì)，設(shè)計(jì)、建造時(shí)應(yīng)為首選。

為實(shí)現(xiàn)功能最大化，同時(shí)兼顧景觀考慮，尾水濕地深度處理工程推薦使用“MBBR+磁混凝+水平潛流型濕地+表面流濕地”的組合工藝，綜合利用上述各工段的優(yōu)點(diǎn)，進(jìn)行合理的組合，形成高度協(xié)同的運(yùn)行模式。

2 影響工藝運(yùn)行的因素分析

2.1 寒冷冬季對(duì)處理效果的不利影響及減緩措施

由于濕地法是一種生態(tài)工程的方法，系統(tǒng)對(duì)污染物的去除受溫度影響明顯，冬季氣溫下降，由于系統(tǒng)內(nèi)微生物活力下降，植物收割后不再吸收養(yǎng)分、污染物去除效果降低，出水水質(zhì)受一定影響。減緩措施包括：適當(dāng)降低進(jìn)入濕地工程的水量和污染物負(fù)荷量，延長污水水力停留時(shí)間，可在一定程度上減緩冬季低溫的不利影響。為確保保溫，植物收割可在開春后進(jìn)行，或?qū)⒍臼崭畹闹参锶灾糜跐竦氐乇恚_春后再處置。冬季期間，處理工程需要實(shí)施冰下運(yùn)行，因此要根據(jù)氣溫、水溫和地溫的變化判斷形成冰蓋的時(shí)間，在冰凍即將來臨前一周迅速提高單元內(nèi)水位，待冰蓋形成后，再讓污水自行流動(dòng)，由于有植物茬的支撐，所形成冰蓋一般不會(huì)蹋陷。

2.2 植被收割問題

由于植物收割能有效地去除營養(yǎng)物，因此需要實(shí)施對(duì)植物的收割。由于淹水將對(duì)植物收割造成不便，一般通過交替布水方式解決。為了方便收割和給微生物附著生長提供足夠高度及數(shù)量的植物莖桿，一般建議在冰面形成之后，在冰面上實(shí)施收割。

3 結(jié)語

實(shí)施北方地區(qū)污水處理廠尾水濕地深度凈化工程不僅實(shí)現(xiàn)達(dá)標(biāo)排放，改善黃河流域水環(huán)境質(zhì)量，同時(shí)對(duì)調(diào)節(jié)北方區(qū)域溫度，濕度，涵養(yǎng)地下水源，提高生態(tài)景觀質(zhì)量，改善區(qū)域空間環(huán)境等起到重要作用。