A/O+鋁污泥填料人工濕地組合工藝處理農(nóng)村生活污水的效果（全文）
隨著農(nóng)村人口的增長和經(jīng)濟的快速發(fā)展,農(nóng)村生活污水排放量急劇增加,未經(jīng)處理的農(nóng)村生活污水直接排入水體,導(dǎo)致水體環(huán)境惡化。農(nóng)村生活污水具有量大、面廣、分散,水質(zhì)與水量波動大等特點,不適宜采用大規(guī)模的管網(wǎng)收集系統(tǒng)及污水處理方式,因此,因地制宜地選擇農(nóng)村污水處理設(shè)施并加強農(nóng)村生活污水的處理迫在眉睫[1,2]。
隨著農(nóng)村人口的增長和經(jīng)濟的快速發(fā)展,農(nóng)村生活污水排放量急劇增加,未經(jīng)處理的農(nóng)村生活污水直接排入水體,導(dǎo)致水體環(huán)境惡化。農(nóng)村生活污水具有量大、面廣、分散,水質(zhì)與水量波動大等特點,不適宜采用大規(guī)模的管網(wǎng)收集系統(tǒng)及污水處理方式,因此,因地制宜地選擇農(nóng)村污水處理設(shè)施并加強農(nóng)村生活污水的處理迫在眉睫[1,2]。
近年來A/O與人工濕地組合工藝已大量應(yīng)用于農(nóng)村生活污水處理（解析農(nóng)村生活污水處理技術(shù)方法）中[3,4,5],但受濕地填料的影響,該工藝對氮和磷的處理效果并不理想[2,6]。人工濕地填料的吸附作用是去除水體中氮、磷元素的主要途徑[7,8],目前常用的磷吸附填料有沸石、硅藻土、粉煤灰等,但存在吸附不穩(wěn)定,效率低,對磷的去除效果有限等缺點[9,10]。給水廠的副產(chǎn)品——鋁污泥含有大量鋁及其聚合物,用作人工濕地的填料能夠較大幅度地提高濕地的除磷效果[11]。操家順等[12]的研究表明,鋁污泥單獨使用或與其他濾料組合都可顯著提高其除磷能力,延長濕地的使用壽命,同時能促進濕地中植物的生長并增加其生物量。筆者以南京市江寧區(qū)孫家邊村生活污水為處理對象,采用鋁污泥為人工濕地填料,研究A/O+鋁污泥填料人工濕地組合工藝對生活污水中氮、磷等污染物的去除效果,以期為太湖流域農(nóng)村生活污水處理的提標改造提供技術(shù)支撐。
1 材料與方法
1.1 A/O+鋁污泥填料人工濕地組合工藝系統(tǒng)
1.1.1 生活污水排放量與濃度
組合工藝系統(tǒng)設(shè)置在南京市江寧區(qū)青山社區(qū)孫家邊村,該村居住人口約265人,按照CECS 82∶96《農(nóng)村給水設(shè)計規(guī)范》的相關(guān)規(guī)定,并考慮到農(nóng)村的實際情況,確定該區(qū)域的人均生活用水量為120 L/(人·d),排水量取80%的折算系數(shù)加上15%的不可預(yù)見水量,則系統(tǒng)設(shè)計總水量約為30.0 m3/d。對孫家村生活污水排放情況進行調(diào)查,測得實際生活污水排放量為28.6 m3/d,計算值與實測值差別不大,為保證處理能力和效果,生活污水排放量取30.0 m3/d。生活污水中化學(xué)需氧量(CODCr)為150~220 mg/L,氨氮(NH3-N)濃度為15~30 mg/L,總氮(TN)濃度為18~35 mg/L,總磷(TP)濃度為2~3 mg/L。
1.1.2 組合工藝流程
生活污水處理的工藝為A/O+鋁污泥填料人工濕地組合工藝(圖1),其工藝流程為:進水→A/O段→鋁污泥填料人工濕地段→出水。A/O段主要工藝流程為:1)進水經(jīng)格柵去除生活污水中的大顆粒懸浮物;2)經(jīng)格柵后的污水流入調(diào)節(jié)池,其有效容積為10 m3;3)缺氧池容積約為12 m3,根據(jù)實際需求向池內(nèi)添加固體碳源以提高厭氧微生物的降解效率;4)好氧池容積為15 m3,在池內(nèi)均勻布設(shè)好氧生物填料[13],池底安裝微孔曝氣裝置1套,設(shè)置硝化液回流系統(tǒng),好氧池的硝化液回流至缺氧池進行充分的脫氮反應(yīng),回流比設(shè)置為2[1];5)沉淀池容積為20 m3,有效沉淀深度為3~4 m,水力負荷為1.6 m3/(m2·d),上清液流至人工濕地進行深度處理。鋁污泥填料人工濕地段采用2級水平潛流人工濕地,濕地底部的坡度為1%,2級潛流濕地各長6.5 m,寬5 m,水力負荷為0.862 7 m3/(m2·d),底部采用HDPE防滲膜進行防滲處理。
1.1.3 人工濕地填料與植物選擇
填料中鐵鋁氧化物含量是濕地對磷吸附能力的決定因素,鋁污泥中鋁含量高達29.7%±13.3%,對磷有較強的吸附能力[14,15]。選用給水廠副產(chǎn)品——鋁污泥作為濕地填料時,為延緩濕地堵塞和延長濕地使用壽命,將給水廠的脫水鋁污泥〔圖2(a)〕與工業(yè)廢料鋼渣混合制成粒徑小于10 mm的球狀顆粒物〔圖2(b)〕。濕地自下而上依次鋪設(shè)10 cm厚的礫石層、25 cm厚的鋁污泥球狀顆粒層和10 cm厚的鋁污泥層,其中礫石層作為承托層,鋁污泥球狀顆粒層作為吸附層,鋁污泥層作為植物根系生長層。
人工濕地植物選擇上,一級潛流濕地選用耐污能力及根系輸氧能力較強的蘆葦、風(fēng)車草搭配景觀植物荷花和美人蕉,二級潛流濕地選用千屈菜、茭白、水芹、香蒲的組合,形成高低錯落、色彩相襯的優(yōu)美景觀[16]。風(fēng)車草和水芹為四季生長植物,可在一定程度上提高濕地冬季的處理效果,香蒲和蘆葦為深根型植物,入土深度可達30 cm,非常適合種植于潛流濕地[17,18]。一級潛流濕地的種植密度為30株/m2,二級潛流濕地的種植密度為25株/m2。
2. 污染物總?cè)コ始胺侄稳コ?/strong>
A/O+鋁污泥填料人工濕地組合工藝對農(nóng)村生活污水中各污染物的總?cè)コ始胺侄稳コ嗜鐖D7所示。由圖7可知,組合工藝對CODCr的總平均去除率為82.33%,其中A/O段和鋁污泥填料濕地段分別為75.74%和29.79%;對NH3-N的總平均去除率為81.58%,其中A/O段和鋁污泥填料濕地段分別為70.71%和35.10%;對TN的總平均去除率為76.22%,其中A/O段和鋁污泥填料濕地段分別為66.75%和39.14%;對TP的總平均去除率為86.50%,其中A/O段和鋁污泥填料濕地段分別為75.46%和50.43%。經(jīng)組合工藝凈化后出水水質(zhì)較為穩(wěn)定,各項指標均優(yōu)于GB 18918—2002一級A標準[19]。（圖7）
3.1 組合工藝對污染物的去除效果
組合工藝對CODCr、NH3-N、TN、TP具有較好的去除效果,這與組合工藝前端缺氧池內(nèi)添加了固體碳源,好氧池內(nèi)裝填了組合填料,人工濕地系統(tǒng)采用了吸附能力強的鋁污泥填料相關(guān)。通過在缺氧池添加固體碳源,強化了微生物反硝化脫氮效率,而且硝化液通過回流系統(tǒng)回流至缺氧池,利用原污水中充足的碳源在厭氧微生物的作用下進行充分的反硝化反應(yīng);好氧池中組合填料聚集微生物能力強,增加了微生物濃度,提高了污染物降解能力;出水再經(jīng)過人工濕地,通過植物吸收、鋁污泥填料吸附以及根系微生物的降解作用,進一步去除污染物[20,21,22]。
3.2 鋁污泥填料人工濕地的除磷效果
污水中的磷主要以磷酸鹽、聚磷酸鹽和有機磷等形式存在[23],人工濕地主要通過基質(zhì)、植物及微生物的協(xié)同作用去除污水中TP等污染物[24]。傳統(tǒng)濕地對TP的去除率為35%~42%[25],而鋁污泥填料人工濕地可達50.43%,這是因為鋁污泥填料對磷具有較強的吸附能力,鋁污泥填料的吸附作用是人工濕地段去除磷的主要途徑,鋁污泥填料主要通過與污水中的磷酸鹽進行配位體交換的方式吸附磷[26],同時鋁污泥顆粒表面能夠形成生物膜,為微生物的生長提供載體從而提高污染物去除效果。
3.3 組合工藝的技術(shù)與經(jīng)濟可行性
組合工藝系統(tǒng)運行期間,每半個月對系統(tǒng)進水、出水的水質(zhì)監(jiān)測結(jié)果及污染物去除率見表2。由表2可知,組合工藝對CODCr的平均去除率為80.59%~85.21%,對NH3-N的平均去除率為80.62%~83.73%,對TN的平均去除率為72.28%~81.45%,對TP的平均去除率為82.52%~90.46%。可見,組合工藝對各項污染物的去除效果均較為穩(wěn)定,可較長時間平穩(wěn)運行且保持較好的污水處理效果。
組合工藝系統(tǒng)運行成本為0.17元/m3(以污水體積計,不含折舊),鋁污泥作為人工濕地填料的吸附壽命為9~40 a[27]?？梢?將A/O生化處理工藝與鋁污泥填料人工濕地相結(jié)合,A/O生化處理工藝經(jīng)硝化與反硝化強力脫氮,鋁污泥填料人工濕地可強效除磷,該組合工藝既能有效提高脫氮與除磷效率,實現(xiàn)污水的深度處理,又能緩解濕地堵塞,延長人工濕地的使用壽命。該工藝具有較強的抗沖擊負荷能力,同時具有經(jīng)濟性好、易于維護的特點。
4 結(jié)論
(1)A/O+鋁污泥填料人工濕地組合工藝對CODCr、NH3-N、TN和TP的總平均去除率分別為82.33%、81.58%、76.22%和86.50%,系統(tǒng)出水水質(zhì)穩(wěn)定,優(yōu)于GB 18918—2002一級A標準。將A/O生化處理工藝與鋁污泥填料人工濕地相結(jié)合,該組合工藝既能有效提高脫氮與除磷效率,實現(xiàn)污水的深度處理,又能緩解濕地堵塞,延長人工濕地的使用壽命。
(2)組合工藝的鋁污泥填料濕地段對CODCr、NH3-N、TN和TP的去除率分別為29.79%、35.10%、39.14%和50.43%,其對TP的去除率(50.43%)明顯高于傳統(tǒng)濕地對TP的去除率(35%~42%)。將鋁污泥作為人工濕地的填料,可提高人工濕地對磷的去除效果,鋁污泥填料的吸附作用是其去除磷的主要途徑,同時鋁污泥顆粒表面形成的生物膜可為微生物生長提供載體。
(3)組合工藝對污染物去除效果穩(wěn)定性監(jiān)測結(jié)果表明,CODCr的平均去除率為80.59%~85.21%,NH3-N的平均去除率為80.62%~83.73%,TN的平均去除率為72.28%~81.45%,TP的平均去除率為82.52%~90.46%。組合工藝對各項污染物的去除效果較為穩(wěn)定,可較長時間平穩(wěn)運行且保持較好的處理效果。
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