間歇進(jìn)水對跌水接觸氧化組合工藝處理效果影響分析

劉旭東 趙昊然 梁異璞 孔喜鑫

【關(guān)鍵詞】村鎮(zhèn)污水;生物-生態(tài)組合裝置;跌水接觸氧化;跌水方式;人工濕地

【中圖分類號】X703.1;TQ031.7【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】A【文章編號】1674-0688（2021）08-0061-03

為響應(yīng)“十三五”規(guī)劃任務(wù)及全面建成小康社會，各級政府都在推進(jìn)“美麗鄉(xiāng)村”的建設(shè)。其中，完善村鎮(zhèn)相應(yīng)的生活污水處理設(shè)施是最重要且極具挑戰(zhàn)性的一環(huán)。由于村鎮(zhèn)人口密度低、水質(zhì)簡單穩(wěn)定，前期投資小、運(yùn)行成本低、建設(shè)周期短、氮磷可資源化利用的人工濕地相比傳統(tǒng)污水處理廠優(yōu)勢巨大，因此受到廣泛關(guān)注[1-2]。

跌水曝氣指利用高位水與低位水間高差，水體在自由跌落過程中進(jìn)行充氧的曝氣方式。跌水接觸氧化裝置與人工濕地可借助地形因素自然結(jié)合，建造費(fèi)用低且周期短，對COD、NH4+-N、總磷的處理效果有明顯提升;極大地減少了運(yùn)行和維護(hù)的成本[3-4]。目前，吳義鋒[5]、李文祺[6]等人研究了不同曝氣形式與跌水高度對裝置內(nèi)充氧效果的影響;商光琦[7]等人利用一種跌水紊流穿孔板研究了紊流狀態(tài)對充氧效果的影響;蔣毓婷、許海瀛[8]等人設(shè)計了一種單板交替式跌水裝置，用于改善跌水狀態(tài)，從而提高充氧效果及生物氧化效率;張躍峰[9]等人探究了水溫、填料對充氧效果及污染物去除效率的影響。目前，大多數(shù)研究基于裝置改良、工藝組合及水流狀態(tài)優(yōu)化提升系統(tǒng)內(nèi)充氧效果[5，10]，借此提升污染物去除效率。單板交替式跌水-人工濕地組合裝置作為一種新型工藝，針對其進(jìn)水模式的影響研究卻鮮有報道。

本文對比了單一人工濕地與單板交替式跌水接觸氧化-人工濕地組合設(shè)備（簡稱組合設(shè)備）運(yùn)行狀態(tài)及對出水COD、NH4+-N、TN、TP等污染物等的去除效果，并探究不同進(jìn)水條件下組合設(shè)備對不同污染物去除效果的影響，以期為此工藝的應(yīng)用提供一定的參考依據(jù)。

1 實(shí)驗裝置及藥品

1.1 實(shí)驗裝置

實(shí)驗采用跌水板左右交錯放置的跌水裝置，使其與人工濕地裝置組合。該跌水裝置為有機(jī)玻璃制作，跌水裝置高1 450 mm（跌水高度在20～120 cm可控），具體尺寸長為1 200 mm，寬500 mm，高400 mm，容積為240 L。每一層跌水隔板上都有懸掛填料的凸起，方便懸掛填料放置污泥隨跌落的水體流入下一跌水板。在跌水板外邊緣處設(shè)計有均勻的齒墩，底部設(shè)有3 m高的拔風(fēng)裝置，高度可控。

人工濕地裝置單元采用2個濕地池串聯(lián)。2個濕地處理池從底部向上依次填充20～50 mm的碎石（15 cm左右），2～10 mm的礫石（20 cm左右），0.5～5 mm的粗砂（20 cm左右），0.25～0.35 mm的細(xì)沙（20 cm左右），表面有2～4 cm水深[4]。人工濕地整體流態(tài)屬于混合流態(tài)。組合裝置示意簡圖如圖1所示。

1.2 實(shí)驗用水

本實(shí)驗村鎮(zhèn)污水為自配模擬污水，選用葡萄糖維持原水中COD穩(wěn)定于250 mg/L，模擬污水的配制方法為葡萄糖（0.13 mg·L-1），蛋白胨（0.15 mg·L-1），NH4Cl（0.08 mg·L-1），NaCl（0.1 mg·L-1），NaHCO3（0.14 mg·L-1），KH2PO4（0.012 mL·L-1），另加入些許微量元素（Zn、Ca、Mg）溶液（1 mL·L-1）。

2 人工濕地與組合工藝處理效果比對

2.1 實(shí)驗條件

為了考查跌水接觸氧化裝置對于人工濕地裝置增氧的具體情況，對人工濕地裝置（簡稱A裝置）與跌水接觸氧化-人工濕地裝置（簡稱B裝置）在相同條件下進(jìn)行平行對比試驗。試驗進(jìn)行條件見表1。

2.2 結(jié)果及分析

由圖2、圖3可看出，B裝置對COD、NH4+-N的處理效果更佳，跌水接觸氧化裝置對COD、NH4+-N處理的平均貢獻(xiàn)率分別為47.4%、33.7%。實(shí)驗進(jìn)行到第15 d后，兩種裝置出水COD及NH4+-N趨于穩(wěn)定，B裝置出水COD均在60 mg/L以下、NH4+-N均少于7.7 mg/L，遠(yuǎn)低于A裝置的平均出水COD（250 mg/L）及NH4+-N（20 mg/L）。

3 不同進(jìn)水條件下B裝置對各污染物的去除

3.1 實(shí)驗條件

相關(guān)研究表明，連續(xù)的進(jìn)水會使?jié)竦亻L期積水，從而制約濕地表層與空氣的接觸，不利于濕地系統(tǒng)的有效復(fù)氧，適時的間歇運(yùn)行對于人工濕地的脫氮除磷有增益作用[6]，并且人工濕地系統(tǒng)充氧率的增高對COD的去除率也會有一定的提升。為此，在濕地連續(xù)運(yùn)行若干天后選擇在進(jìn)水7 h后停止進(jìn)水7 h在HRT為14 h的工況下運(yùn)行，并與連續(xù)進(jìn)水做比較分析。具體運(yùn)行參數(shù)見表2。

3.2 COD處理效果分析

如圖4所示，間歇式進(jìn)水的工況下COD的平均去除率為80.01%，連續(xù)式進(jìn)水工況下平均去除率為77.78%，相比而言，COD的去除率提高了2.87%。

間歇進(jìn)水組對COD的去除率相對來說更加穩(wěn)定，但去除率的增長卻相對緩慢，這是因為跌水接觸氧化裝置能提供的生物需氧量有限，并不能過多滿足不斷增長的微生物。在第17 d更新填料后，去除率有小幅提升后又開始降低至平穩(wěn)，說明在跌水接觸氧化裝置中有部分微生物在間歇進(jìn)水的模式下已經(jīng)發(fā)生厭氧，后續(xù)進(jìn)水階段難以令這部分微生物恢復(fù)其生命力。

3.3 NH4+-N、TN處理效果分析

如圖5和圖6所示，間歇式進(jìn)水的工況下NH4+-N的平均去除率為81.27%，TN平均去除率為80.95%;連續(xù)式進(jìn)水工況下NH4+-N平均去除率為80.78%，TN平均去除率為76.81%。相比而言，NH4+-N的去除率增加了0.61%，TN去除率增加了5.39%。

連續(xù)式進(jìn)水的工況下，對NH4+-N、TN的去除效果一直很穩(wěn)定;間歇式進(jìn)水工況在第17天更新填料后NH4+-N、TN去除率分別提升12.71%、18.8%。這其中可能是間歇式進(jìn)水提供的DO不穩(wěn)定，無法提供硝化菌適宜的好氧環(huán)境，使得接觸氧化池中的硝化反應(yīng)不能充分地進(jìn)行，但間歇式進(jìn)水使人工濕地保持干濕交替的形態(tài)，在內(nèi)部形成穩(wěn)定的好氧—缺氧—厭氧區(qū)域，從而為微生物的硝化反硝化提供了穩(wěn)定的反應(yīng)條件，增強(qiáng)了人工濕地模塊的整體脫氮能力。

3.4 TP處理效果分析

如圖7、8所示，間歇式進(jìn)水工況下TP的平均去除率為72.31%，平均出水TP為0.82 mg/L;連續(xù)式進(jìn)水工況下TP平均去除率為67.81%，平均出水TP為1.01 mg/L。相比而言，去除率增加了6.64%。

間歇運(yùn)行工況下濕地表層與空氣經(jīng)過一定時間的接觸后，上層基質(zhì)中的好氧微生物活性增加更加有利于磷細(xì)菌的代謝。通過磷細(xì)菌好氧吸磷作用后的出水TP會明顯下降，但在較深的下部濕地基質(zhì)中存在一定程度的厭氧條件，磷細(xì)菌厭氧放磷，只能通過基質(zhì)的吸附沉淀發(fā)揮除磷效果。

4 結(jié)論

（1）單板交替式跌水接觸氧化裝置對人工濕地COD、NH4+-N的去除率具有明顯的提升作用，平均貢獻(xiàn)率分別為47.4%、33.7%;對TN、TP去除率的提升較少，平均貢獻(xiàn)率分別為2.8%、2.6%。

（2）在HRT為14 h、間歇周期為7 h的工況下，相較于連續(xù)進(jìn)水模式，COD、NH4+-N、TN、TP的去除率分別提升2.87%、0.61%、5.39%、6.64%。其中，間歇進(jìn)水模式平均出水COD、NH4+-N、TP可達(dá)一級B標(biāo)準(zhǔn)，所以一定時間的間歇運(yùn)行對于人工濕地來說，既能夠起到優(yōu)化處理效率的效果，又能起到節(jié)能的作用。

（3）間歇運(yùn)行對組合裝置污染物去除的促進(jìn)作用主要表現(xiàn)為使人工濕地保持干濕交替狀態(tài)，一方面提高上層基質(zhì)中好氧微生物的活性，另一方面在內(nèi)部形成穩(wěn)定的好氧—缺氧—厭氧區(qū)域。

參 考 文 獻(xiàn)

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