北方地區污水處理廠尾水濕地深度凈化的工藝研究

文_劉玉芳 北京環宇立業環保科技有限公司（河北分公司）

1 工藝方案研究

1.1 預處理工藝研究

深度處理工藝的預處理系統，考慮同時起到去除有機物、氨氮總磷的功效，對以下幾種工藝進行比較，詳見表1。

表1 四種深度處理預處理工藝的比較

通過表1可以看出，單獨選擇任意一項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處理工藝。

（1）移動床生物膜反應器（MBBR）工藝

移動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，實現污水的高效處理。該工藝充分汲取了生物接觸氧化及生物流化床的優點，克服了其傳質效率低、處理效率差、流化動力高等缺點。

MBBR工藝原理：在好氧的條件下，曝氣充氧時，空氣泡的上升浮力推動填料和周圍的水體流動起來，當氣流穿過水流和填料的空隙時又被填料阻滯，并被分割成小氣泡。在此過程中，填料被充分地攪拌并與水流混合，而空氣流又被充分地分割成細小的氣泡，增加了生物膜與氧氣的接觸和傳氧效率。在厭氧條件下，水流和填料在潛水攪拌器的作用下充分流化起來，達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高密度沉淀池的工藝基礎之上研發的具有突破性進展的分離技術，其基本原理是在污泥循環加載型沉淀技術的基礎上再投加磁粉，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 人工濕地去除機理

（1）懸浮固體的去除

在潛流濕地系統和表流濕地系統中，懸浮固體的去除都是在濕地的進口5～10m內完成。主要通過物理過程去除，如沉淀和過濾作用。過濾主要發生在懸浮固體與基質、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）有機物的去除

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

（3）氮的去除

濕地進水中的氮主要以有機氮、氨氮和硝態氮的形式存在。濕地系統對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荷人工濕地系統中才對脫氮起重要的作用。而且，氮的去除與溫度有關，硝化菌和反硝化菌對低溫非常敏感，溫度低于15℃時，硝化速率急劇降低；溫度低于5℃時，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荷人工濕地系統中對除磷才起重要的作用。雖然微生物對磷也有吸收，但死亡后又釋放出來，對除磷意義不大。主要的除磷途徑是填料對磷的吸附和磷與Fe3+、A13+、Ca2+和Mg2+等金屬離子發生的化學沉淀作用。經過不同規模的示范工程研究表明，蘆葦濕地系統不僅對污水中有機污染有很好的凈化效率，而且對N、P等營養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

該系統由一個或多個填料床組成，床體填充填料，床底設有防滲層，防止污染地下水。污水自進口處沿著濕地床水平緩慢流動，出口處設置集水裝置和水位調節裝置，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，使其周圍的微環境依次出現好氧、缺氧和厭氧狀態，這是水平潛流型人工濕地脫氮的重要機理之一。

（2）垂直流人工濕地

該系統中，污水水流方向和床區呈垂直方向，往往采用間歇方式運行。污水被投配到床區表面后，淹沒整個表面，隨后逐步垂直滲流到底部，由底部的集水系統收集后排放。在進水間隙，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部構造、生態結構和外觀上都類似于天然濕地，但經過科學的設計、運行管理和維護，去污效果優于天然濕地系統。表面流人工濕地的水面位于濕地基質以上，其水深一般為0.3～0.5m。污水從進口以一定深度緩慢流過濕地表面，部分污水蒸發或滲入濕地，出水經溢流堰流出。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，因此具有與兼性塘相似的性質。

北方地區冬季溫度較低，垂直流人工濕地不易于冬季運行管理，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的處理效果,同時考慮采用占地面積小、分離效果好、易于管理、運行費用低等因素，建議考慮采用“移動床生物膜反應器（MBBR）和磁混凝”為主的組合工藝，作為主要處理技術對污水處理廠尾水進行進一步處理，同時為進一步降低氮、磷等污染指標，輔以“人工濕地”技術，采用組合工藝對污水處理廠出水進行深度處理，使處理后的水質滿足Ⅲ類地表水質要求。

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

參考國內外類似濕地工程的處理經驗，表流濕地的最不利水力負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，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氧能力下降，加上濕地植物長勢弱、生命周期短，致使濕地系統運行效果不佳，不適合在北方寒冷地區應用。針對人工濕地在高寒缺氧地區所面臨的問題，為保證人工濕地在北方地區的高效穩定運行，潛流人工濕地更具優勢，設計、建造時應為首選。

為實現功能最大化，同時兼顧景觀考慮，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點，進行合理的組合，形成高度協同的運行模式。

2 影響工藝運行的因素分析

2.1 寒冷冬季對處理效果的不利影響及減緩措施

由于濕地法是一種生態工程的方法，系統對污染物的去除受溫度影響明顯，冬季氣溫下降，由于系統內微生物活力下降，植物收割后不再吸收養分、污染物去除效果降低，出水水質受一定影響。減緩措施包括：適當降低進入濕地工程的水量和污染物負荷量，延長污水水力停留時間，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行，或將冬季收割的植物仍置于濕地地表，開春后再處置。冬季期間，處理工程需要實施冰下運行，因此要根據氣溫、水溫和地溫的變化判斷形成冰蓋的時間，在冰凍即將來臨前一周迅速提高單元內水位，待冰蓋形成后，再讓污水自行流動，由于有植物茬的支撐，所形成冰蓋一般不會蹋陷。

2.2 植被收割問題

由于植物收割能有效地去除營養物，因此需要實施對植物的收割。由于淹水將對植物收割造成不便，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量的植物莖桿，一般建議在冰面形成之后，在冰面上實施收割。

3 結語

實施北方地區污水處理廠尾水濕地深度凈化工程不僅實現達標排放，改善黃河流域水環境質量，同時對調節北方區域溫度，濕度，涵養地下水源，提高生態景觀質量，改善區域空間環境等起到重要作用。