1、1复合生态滤池处理分散生活污水特性摘要：针对分散污水处理难的问题，本文研究了复合生态滤池工艺处理分散生活污水的性能特性，即考察了复合生态滤池工艺处理分散生活污水中有机物、NH4+-N 及 TP 的处理效果。试验结果表明，常温下，当进水 CODCr 250-600 mgL-1，水力负荷 0.015-0.044 m.h-1，有机负荷1.00-1.59 kgCODCr.m-3.d-1 时，CODCr 去除率 82%92%，出水 CODCr 小于 60 mgL-1，NH4+-N 去除率在 64-72%，出水 NH4+-N 小于 15 mgL-1，TP 去除率在 59%-77%，出水 TP 小于 1.2
2、 mgL-1。可见，复合生态滤池工艺适用于分散生活污水处理。 关键词：复合式生态滤池；分散生活污水；性能特性 The Performanc Characteristics of Ecological Filter Treatment of Decentralized Domestic Sewage Su Hongyang1，2，Xia Xuefen3 （1School of Resource and Environment, Fujian Agriculture and Forestry University，Fuzhou 350002,Fujian,China 2Tongji archite
3、ctural design (group) CO., Ltd, environmental engineering design institute, Shanghai 200092,China 23Key State Laboratory of Pollution Control and Resources Reuse , School of Environment, Tongji University ,Shanghai 200092,China） Abstract: The performance characteristics of ecological filter treatmen
4、t of decentralized domestic wastewater were systematically studied, and the effect of different influencing factors on the decentralized domestic wastewater treatment efficiency were investigated. The results showed that the effluent CODCr, NH4+-N and TP were below 60 mgL-1, 15 mgL-1 and 1.2 mgL-1 r
5、espectively when the ecological filter was used to treat the campus domestic wastewater with the influent CODCr 250600 mg/L, the operation conditions of CODCr loading 1.00-1.59 kgCODCr.m-3.d-1, hydraulic loading 0.0150.044 m3.m-2.h-1, and the removal percentage of COD, NH3-N and TP were 82%92%, 64%7
6、2% and 59%77% respectively at room temperature. It was concluded that the ecological filter was suitable for treating decentralized domestic wastewater. Keywords：Ecological filter；decentralized domestic wastewater；performance characteristics 中图分类号： U664 文献标识码： A 文章编号： 引言 3我国村镇分散污水处理的主要特点是处理规模小，污水的水量
7、、水质波动较大，污水的收集与集中处理困难。污水二级生物处理厂是当前大中城市治理水污染的主导技术，但它的基建和运行费用都相对较高，对于资金缺乏且没有完善排水管网的村镇而言，生活污水处理要选用常规活性污泥法进行二级集中处理将是挑战巨大。因此，如何根据我国村镇分散污水处理需求及排放特点，研发经济、高效的适于分散污水处理工艺或技术成为近期水处理领域的热点。 生态处理技术可以适合不同的处理规模，具有基建和运行费用低、维护管理简单、生态服务功能强等优点，生态处理的出水稳定，一般可以达到二级排放标准。应用人工设计的微生态系统处理生活污水，是近年来国际上环境保护领域的研究热点之一。目前，常见的污水生态处理技术
8、有人工湿地1、土壤毛细管渗滤2、高效藻类塘3,4、生态滤池5和生物浮床6等。然而，人工湿地和土地渗滤等生态处理技术应用于生活污水的处理普遍存在堵塞、供氧不足、水力负荷小、占地面积大等问题，限制了其广泛应用。鉴于生物滤池及接触氧化法等生物膜法工艺处理效率高、占地面积小，在我国小型污水处理领域有着广泛的应用，美中不足的是耗能大、需处理剩余污泥。因此，如何针对分散生活污水排放特点，综合生物膜法和生态处理工艺各自优点，优化组合生态处理系统组成研发适合分散污水处理工艺系统是值得研究的课题。 本试验装置是在生物膜法的基础上结合植物浮床技术形成新型复合生态滤池工艺，即通过水生植物与微生物的协同作用强化生物滤
9、池处理效果和减少系统污泥产生。本试验通过运行新型复合生态滤池处理分散4生活污水，以考察和比较新型复合生态滤池工艺的处理性能，为研发适合我国村镇分散生活污水处理新技术提供新的思路和参考。 1 试验材料及方法 1.1 反应器装置简介 图 1 试验装置简图 Fig.1 Diagram of experimental device 反应器用厚 10mm 聚乙烯板制成上下折流式反应器，见图 1。第一格（A1）为布水区，尺寸为 0.2 m0.25 m0.6 m；第二格（A2）为厌氧区，尺寸为 0.8 m0.25 m0.6 m；第三、四格（A3、A4）为曝气好氧区，尺寸为 1 m0.6m0.25m；第五格（
10、A5）和第六格不曝气，尺寸均为 0.5 m0.6 m0.25 m。其中，装置上部 0.20 m 空间为无土种植水生植物（水生美人蕉、朱顶红） ，通过不锈钢丝网、棕榈皮和陶粒(8-12 mm)来固定栽种水生植物。装置下部 0.30 m 空间除了 A6 外，均填充聚氯乙烯弹性立体填料（0.16 m0.3 m） ，填充率约为 44.3%。 1.2 试验方法 1.2.1 试验用水试验用水为校园生活污水为原水，其水质：CODcr在 250 mg.L-1600 mg.L-1、NH4+-N 在 25 mg.L-155 mg.L-1、总磷在2 mg.L-15 mg.L-1。 1.2.2 启动与运行反应器在植物
11、种植成功后经一个月的启动运行后即具有较稳定、较好的处理效果，随即进行生态滤池处理小城镇生活污5水效果的研究试验。运行期间采用不同的进水水质及变动水力停留时间来调节水力负荷和进水 COCcr 容积负荷，分别考察了在不同环境温度条件下反应器在不同负荷下的运行特性。运行期间，定期将 A6 底部污泥回流到装置植物根区。 1.2.3 分析检测项目与方法 CODcr、氨氮、总磷及悬浮物的监测按照国家环保局编制的水和废水监测分析方法中的分析方法。 2 试验结果与数据分析 2.1 CODCr 去除效果 2.1.1 有机物沿程变化本次试验在不同温度、水力负荷及基质负荷条件下进行，测得沿程各格（A2-A6）出水
12、CODCr 的浓度。监测结果图 2所示。 当进水 CODCr 为 316 mgL-1610 mgL-1 时，出水 CODCr 在 37 mgL-159 mgL-1，去除率为 81.9%91.6%，出水水质达到污水综合排放标准的一级排放标准。由图 2 可知，有机物的去除主要发生在A2、A3 格，其中，A2 格对 COD 的去除平均为 16.1%，A3 格对有机物的去除达到 76左右。整个运行过程，A3 格的水力停留时间（HRT）大致在4.211.1h，出水平均为 51 mgL-1。当温度在 12.3-26.8之间，装置运行均有较好的有机物去除效果，处理效果受水温的影响小。 2.1.2 水力负荷及
13、容积负荷对 CODCr 去除率的影响一般来说，生物膜法处理生活污水时，其基质（有机物）降解动力学符合一级反应方程7，即，经积分后为： 由于；水力负荷；容积负荷。因此，式（1）可转化为： 6由式（2）和式（3）可知，水力负荷和容积负荷是影响反应系统污水净化能力的一个重要指标，在相同水温时，当 NA 或 NV 变小，装置去除率变高，净化效果变好；反之，净化效果下降。以 A3 格为例，由图3、图 4 显示，随水力负荷或者有机负荷的增加，去除率逐渐下降，当水力负荷在 0.041 m.h-10.124 m.h-1，有机负荷在 1.00 KgCOD.m-3.d-11.59 KgCOD.m-3.d-1 时，
14、COD 去除率达到 81.7%89.4%，出水水质仍然保持稳定，均低于 60 mgL-1。这说明了新型复合式生态滤池抗冲击负荷能力较强。 表 2 装置 A3 格出水 CODCr 实测值与计算值对比 然而，由表 2 知，通过动力学式 2 和式 3 数值计算结果表明，实测值比计算值大，说明有外源有机物进入装置内。分析原因为：装置上部空间种植水生植物为水生美人蕉和朱顶红，皆为草本植物，当根系死亡后，由于微生物的降解作用将其转化成有机碳源；此外，装置内微生物的自身分解以及水生动物的捕食活动亦有促进剩余污泥分解、转化为有机碳源可能。另由表 1 知，从 A3 格出水到 A6 格出水的 CODCr 浓度无明
15、显变化，A5 中 COD 值有的还会略有升高，亦可说明此点。 2.1.3 植物根区对 CODCr 去除率的影响为研究水生植物根区对有机物去除的贡献，进行了对照试验，即将上部植物床移开系统监测处理情况，数值如表 3 所示。表 3 装置 A3 格水生植物床移开前后处理 CODCr 对照 7由表 3 可知，由于本装置内植物床根区容积占到装置的 50%以上有效容积，当将植物连同根区移离 A3 格后，极大地影响了 A3 格的处理有机效果。这跟反应装置内悬浮微生物量有限（污泥浓度只有 80 mgL-1 左右） ，有机物的去除主要是由弹性填料及植物根系附着生物作用，而本次试验装置内填充弹性填料较少，故通过弹
16、性填料区生物膜对有机物的去除作用有限，植物根区对有机物的去除具有显著促进作用。 2.2 总磷去除效果分析 2.2.1 TP 沿程变化本次试验在不同温度、水力负荷及基质负荷条件下进行，测得沿程各格 TP 出水的浓度，试验结果见图 5。当进水 TP 在1.72 mgL-14.33 mgL-1 时，当水力负荷在 0.014 m.h-10.044 m.h-1，出水 TP 为 0.71 mgL-11.2 mgL-1，去除率在 58.7%76.7%。虽然各格植物的量及根系层的陶粒数量无明显差异，但各格对 TP 的去除并没有表现出一致性。由图 5 可知，A3 格对 TP 的去除了 65左右，A2格却只去除了
17、 5.6%左右 TP，其他格对 TP 去除基本上无贡献作用。这说明，好氧环境有可能促进介质、微生物、植物对磷的吸附或吸收；其二，装置内填充弹性填料不具有除磷作用，其表面附着生物量有限，因此，弹性填料表面生物膜不是磷去除的主要途径，A3 格表现出高效除磷现象可能主要是通过植物根区综合作用的结果。由上文所述，大量的有机物在 A3 格植物根区得以去除，必然合成新的生物体，从而促进 TP 的去除，对照图 2 和图 5 亦可看出有机物的去除与 TP 的去除具有同步性。因此，好氧微生物的作用是本生态滤池装置中除磷的主导因素，有机物的去除8促进了磷的好氧生物转化吸收及在植物根区的截留和富集。 2.3 NH4
18、+-N 去除效果分析 2.3.1 试验数据及沿程变化 试验期间测得沿程各格（A2-A6）出水 NH4+-N 的浓度数据见图 6。 图 6 氨氮沿程变化情况图 7 出水氨氮、去除率与水力负荷的关系由图 6 可知，复合生态滤池对氨氮的去除与 CODCr、TP 的去除表现出相似的规律， NH4+-N 沿程降低，当进水浓度在 26.7 mgL-147.29 mgL-1 时，出水浓度在 9.23 mgL-113.6 mgL-1，总去除率在60.5%73.5%。其中，A2 格对 NH4+-N 去除率为 16.0%左右，A3 格对NH4+-N 的去除达到 67.1左右，之后 NH4+-N 浓度数值基本上都趋
19、于稳定。由图 7 知，NH4+-N 去除率及出水浓度随水力负荷的增加呈下降趋势，但出水水质比较稳定，平均值在 10.9mgL-1 左右，出水浓度均低于 15 mgL-1。可见，复合生态滤池可达到使用弹性填料的生物接触氧化法工艺处理氨氮效果。 2.4 系统剩余污泥产生情况由于本试验装置是在生物膜法的基础上结合植物浮床技术形成新型复合生态滤池工艺，其中生物膜工艺具有剩余污泥产生量小的特点，同时由植物根系和颗粒填料形成植物根区床层具有过滤、截留和固定悬浮污泥的作用，其中活动的动物（如蚯蚓、螺等）具有使污泥减量化的作用。因此，系统产生的剩余污泥量小，试验期间反应器内水中悬浮生物量较小，A3 格出水悬浮
20、污泥浓度只有 30mgL-1左右。同时，试验期间间歇地将泥水分离 A6 格的底部污泥回流到植物根9区进行过滤和脱水处理。因此，在整个试验期间，并没有向装置外排剩余污泥，从而简化了分散污水处理过程产生剩余污泥处理的难题。 2.5 本试验装置与其他处理分散生活污水生态工艺性能比较将本试验的复合式生态滤池处理污水的性能与其他几种常见的生态处理工艺进行比较，见表 4。 表 4 几种分散生活污水生态处理工艺性能比较 从表 6 中可知，在水力负荷相近的情况下，与其他生态处理工艺相比，本试验的复合式生态滤池具有较好的污染物综合去除性能,在满足国家排放标准的要求下还简化了剩余污泥管理，适用于农村分散生活污水的
21、处理。 结论通过运行并考察新型复合生态滤池处理分散生活污水试验，初步结论如下：（1）在生物膜法的基础上结合植物浮床技术形成新型复合生态滤池工艺具有强化生物滤池处理效果和减少系统污泥产生的作用，适用于我国村镇分散生活污水的处理。 （2）在常温下，复合生态滤池工艺具有较好的污染物综合去除性能和抗负荷冲击的能力。当进水 CODCr 300-600 mgL-1，水力负荷 0.015-0.044 m.h-1，有机负荷 1.00-1.59 kgCODCr.m-3.d-1 时，CODCr 平均去除率 81.9%91.6%，出水 CODCr 低于60 mgL-1，NH4+-N 去除率在 64-72%，出水 N
22、H4+-N 平均小于 15 mgL-1，TP 去除率在 59%-77%，出水 TP 平均小于 1.2 mgL-1。 （3）本复合生态滤池中，植物根系与颗粒填料形成的根区床层是影响有机物、TP、NH4+-N 去除及剩余污泥产生和处理的关键因素。 10符号说明 参考文献： 1. Song Z., Zheng Z., Li J., et al. Seasonal and annual performance of a full-scale constructed wetland system for sewage treatment in China. Ecological Engineering,
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