生態(tài)氧化池在污水處理廠尾水深度處理中的應(yīng)用

生態(tài)氧化池在污水處理廠尾水深度處理中的應(yīng)用

中國的城市污水處理廠通常采用二級生化處理。即使廢水水質(zhì)能夠穩(wěn)定達到a級標準（gb18918-2002），廢水中的污染物也是一個重要的來源。因此,選取合適的工藝對污水處理廠尾水進行深度處理并實現(xiàn)回用顯得尤為重要。常規(guī)污水深度處理技術(shù)包括混凝沉淀法、活性炭法、膜分離法、離子交換法、高級氧化法等,普遍存在基建投資及運行費用高、操作管理復(fù)雜等缺點,限制了其在尾水深度處理方面的應(yīng)用。人工濕地作為生態(tài)型水質(zhì)凈化技術(shù),具有污染物去除效果穩(wěn)定、投資省、運行成本低等顯著優(yōu)點[3~5],從而為污水處理廠尾水的深度處理開辟了一條新的途徑。以東莞生態(tài)園燕嶺濕地建設(shè)工程為平臺,以生態(tài)氧化池作為垂直流人工濕地的強化前處理工藝,探討了該組合工藝在尾水深度處理中的應(yīng)用。1項目設(shè)計1.1南主張生態(tài)補水工程東莞生態(tài)園位于東莞市北部,規(guī)劃面積為30.5km2,生態(tài)園規(guī)劃區(qū)域內(nèi)及周邊水系污染嚴重,與規(guī)劃的水質(zhì)要求差距較大。為保證園區(qū)的景觀補水,改善區(qū)域水環(huán)境質(zhì)量,擬建污水深度處理工程,引入強化型垂直流人工濕地工藝,對南畬朗污水處理廠的尾水進行深度處理,出水排入生態(tài)園水系,作為景觀及生態(tài)補水。本工程處理規(guī)模為10×104m3/d,進水為南畬朗污水處理廠出水,設(shè)計進水COD≤50mg/L、BOD5≤10mg/L、NH4+-N≤5(8)mg/L、TP≤0.5mg/L;設(shè)計出水水質(zhì)執(zhí)行《地表水環(huán)境質(zhì)量標準》(GB3838—2002)的Ⅳ類標準:COD≤30mg/L、BOD5≤6mg/L、NH4+-N≤1.5mg/L、TP≤0.3mg/L。1.2流程和設(shè)計參數(shù)采用生態(tài)氧化池/垂直流人工濕地組合工藝對南畬朗污水處理廠尾水進行深度處理。(1)u3000池塘生態(tài)氧化池的設(shè)計結(jié)合了傳統(tǒng)生物膜法及氧化塘工藝,設(shè)計HRT為3h,池體采用橢圓形,長軸長為102m,短軸長為39m,池深為5m,容積為3123m3,分為4段折流進水,池體內(nèi)中間層設(shè)置片狀微生物床填料,利用片狀微生物床巨大的比表面積吸附微生物以提高生物處理效率,填料總量為52084m2;同時,在池體表面設(shè)置植物浮床,其面積為3125m2。(2)濕地系統(tǒng)設(shè)計垂直流人工濕地為本工程的核心部分,采用了深圳市環(huán)境科學(xué)研究院的專利技術(shù)———高效垂直流人工濕地水質(zhì)凈化技術(shù),該技術(shù)具有獨特的填料結(jié)構(gòu)和水流模式,處理效果穩(wěn)定,運行費用低,在國內(nèi)已有大量工程實例。垂直流濕地植物池用地面積為17.5hm2,填料層厚度為1.8m,設(shè)計布水負荷為0.57m3/(m2·d),BOD5面積負荷率為2.29g/(m2濾料·d),BOD5容積負荷率為1.27g/(m3濾料·d)。濕地填料由粗砂及4~32mm級配碎石組成。濕地表層采用DN75穿孔管布水,穿孔管間距為2m。沿濕地表層DN75穿孔管設(shè)置管溝,管溝內(nèi)填充組合濾料,該濾料由活性炭、火山石、石灰石等按比例混合而成。濕地底層采用DN200穿孔管集水,穿孔管間距為10m。穿孔管集水后再匯到濕地中間的排水渠。為保證濕地的處理效果,在植物池內(nèi)種植適合東莞氣候的各種水生濕生植物,如蘆葦、風(fēng)車草、蘆荻、再力花、香根草、紙莎草、美人蕉等。由于本工程濕地面積較大且采用重力流方式布水,為了保證濕地布水均勻,將整個濕地系統(tǒng)分成4大部分,共61個布水單元,在運行過程中可根據(jù)進水情況進行組合。濕地系統(tǒng)正常情況下通過PLC自動方式布水;在安裝調(diào)試和維修時切換到手動控制。1.3運行費用及運行費用本工程總投資約1.6億元,噸水基建投資為1600元,連續(xù)運行功率為330kW,運行費用為0.16元/m3。本工程出水可代替自來水用于綠化澆灌、河道補水等,該地區(qū)自來水價格為2.0元/m3,則可節(jié)省水費為20萬元/d(7000萬元/a,按350d/a計),扣除本工程的年運營費用560萬元,間接經(jīng)濟效益為6440萬元/a。2運營效果和分析2.1生活污水深度處理深度處理系統(tǒng)對主要污染物的去除效果如表1所示。本工程于2009年11月開工,2011年6月進入試運行期,2011年12月進入穩(wěn)定運行期。對處理系統(tǒng)的進水口、生態(tài)氧化池出水口、人工濕地出水口共3個點進行了連續(xù)12個月(2012年)的水質(zhì)監(jiān)測,采樣分析頻率為2次/月,監(jiān)測項目為COD、BOD5、NH4+-N和TP。由表1可見,深度處理系統(tǒng)對各主要污染物均具有顯著的去除效果,監(jiān)測期間對COD、BOD5、NH4+-N和TP的平均去除率分別為61.8%、64.4%、82.6%、75.2%,出水水質(zhì)優(yōu)于GB3838—2002的Ⅳ類標準。本工程進水為南畬朗污水處理廠出水,其主要水質(zhì)指標(除TP外)均達到一級A標準,屬微污染水。一般而言采用傳統(tǒng)生化處理對這類水難以進行進一步深度處理,而本工程采用的生態(tài)氧化池/垂直流人工濕地組合工藝對尾水仍具有非常理想的深度處理效果,充分說明該組合工藝用于尾水深度處理極具技術(shù)優(yōu)勢。表1還說明生態(tài)氧化池和垂直流人工濕地對主要污染物的去除特征存在顯著差異。生態(tài)氧化池對COD、BOD5和NH4+-N具有一定的去除效果,平均去除率為20%~30%,但對TP的去除效果不明顯,平均去除率<5%?？梢酝茰y,生態(tài)氧化池內(nèi)固定的片狀微生物床和植物浮床對于尾水中有機物和NH4+-N的生物轉(zhuǎn)化具有積極作用。而人工濕地對各污染物的去除效果都比較理想,其中,對COD和BOD5的平均去除率均在50%以上,對NH4+-N和TP的平均去除率均超過70%。有學(xué)者曾將此人工濕地專利技術(shù)應(yīng)用于湖水循環(huán)凈化,對各污染物的去除率均在50%以上。綜上所述,該專利技術(shù)對微污染水中各主要污染物均具有顯著的去除效果,其原因可能在于:(1)獨特的布水方式提高了布水的均勻性,并保證污水與填料的充分接觸;(2)合理的填料級配結(jié)構(gòu)強化了濕地對污染物的沉淀、吸附和截留作用,提高了污染物的微生物轉(zhuǎn)化效率。2.2濕地對污染物的去除2.2.1人工濕地去除cod和bod5人工濕地對有機物具有較強的去除能力,其去除機理在于:(1)難溶性有機物可通過濕地填料的沉積、過濾作用而被截留并進一步被生物降解;(2)可溶性有機物則可通過植物根系生物膜的吸附、吸收及生物代謝過程而被分解去除。人工濕地對COD去除效果較為顯著,其去除率為45%~60%,出水COD基本保持在20mg/L以下。人工濕地對BOD5的去除效果也比較理想,其去除率始終保持在50%以上,出水BOD5基本保持在6.0mg/L以下,且出水BOD5濃度和去除率的變化規(guī)律與COD相似。相關(guān)文獻也報道過人工濕地對尾水中有機物的去除情況,不同學(xué)者得到的研究結(jié)果差異顯著,這與預(yù)處理方式、濕地結(jié)構(gòu)、運行方式、污水類型等多種因素有關(guān)。2.2.2人工濕地對nh4+-n的去除效果國內(nèi)外學(xué)者普遍認為,人工濕地對氮的去除主要是通過微生物的氨化、硝化和反硝化作用實現(xiàn)的,植物吸收、填料吸附和離子交換等其他方式對氮的去除率貢獻很小。其中,人工濕地對NH4+-N的去除主要是通過微生物的硝化作用先將其氧化為NO3--N,再通過反硝化作用還原為N2而從水中逸出。硝化作用所需的氧主要來源于大氣向濕地填料的擴散作用和植物根系的放氧作用。人工濕地對NH4+-N的去除效果非常顯著,其去除率為65%~85%,出水NH4+-N始終保持在1.5mg/L以下。由此推測,本工程采用的垂直流人工濕地專利技術(shù)通過其合理的填料和植物配置方式,強化了微生物對NH4+-N的硝化作用。2.2.3tp的去除效果人工濕地對磷的去除主要是通過植物吸收、微生物轉(zhuǎn)化和填料的物理化學(xué)作用完成的,其去除機制包括:(1)植物吸收;(2)聚磷菌的過量攝取;(3)填料的沉淀和吸附作用,其中填料的吸附作用對磷的去除率貢獻最大,而填料對磷的吸附作用主要取決于填料的級配結(jié)構(gòu)。人工濕地對TP的去除效果極為顯著,監(jiān)測期間的平均去除率接近75%,出水TP大多在0.3mg/L以下。有學(xué)者曾將該垂直流人工濕地專利技術(shù)應(yīng)用于處理其他類型廢水,均獲得顯著的TP去除效果,去除率為60%~90%?？梢?該技術(shù)獨特的填料級配結(jié)構(gòu)增強了人工濕地對TP的去除效果。3工程深度處理系統(tǒng)污染物的去除效果(1)本工程將生態(tài)氧化池/垂直流人工濕地組合工藝用于深度處理城市污水處理廠尾水,基建投資為1600元/m3,運行費用為0.16元/m3,與常規(guī)深度處理工藝相比,投資和運行費用均較低。(2)本工程深度處理系統(tǒng)對尾水中各主要污染物的去除效果顯著,