“SBR+人工濕地”組合工藝處理生活污水的試驗研究.pdf

1、城市污水處理基礎設施的高投入，城市污水廠的高運行費用，管網(wǎng)滲漏造成的二次污染，以及水資源缺乏地區(qū)對污水回用的需求，迫切需要運行穩(wěn)定，低能耗污水處理工藝。本研究將SBR工藝與人工濕地工藝進行組合，用于處理生活污水，以得到該組合工藝處理生活污水的最佳工況條件與最優(yōu)的經(jīng)濟運行參數(shù)，要求充分發(fā)揮人工濕地的處理效能，以降低SBR系統(tǒng)的能耗。
　　在該組合工藝中，人工濕地是自然處理工藝，人工濕地中間設置自然復氧槽可提高濕地內部的溶解氧，為無能

2、耗工藝。SBR系統(tǒng)是活性污泥工藝，須通過供氧來培養(yǎng)活性污泥和保持一定的活性污泥濃度。SBR系統(tǒng)的曝氣強度和曝氣時間是影響該組合工藝的能耗參數(shù)。
　　常溫下（氣溫≥15℃），活性污泥中微生物生長迅速，SBR中污泥濃度高，對有機污染物的去除效果好。為降低能耗，不斷降低SBR的曝氣時間，選用運行方式1、2、3，4作為運行工況，曝氣時間從5h降低到2h。同時采用限制曝氣，將 SBR系統(tǒng)控制在低溶解氧狀態(tài)。出水要求達到《景觀用水標準》(GB

3、/T18921-2002)。
　　低溫下（氣溫＜15℃），SBR中活性污泥受到氣溫變化的影響，活性污泥中微生物活性降低，污泥濃度下降，加之秋冬季節(jié)，進水污染物濃度較春夏季高，通過延長曝氣時間，來提高有機污染物的去除效果，選用運行方式5、6、7，8作為運行工況，曝氣時間從6h延長到8h。出水標準要求達到《城市雜用水標準》，對總氮總磷不作要求。
　　試驗從2006年4月啟動，到2007年3月結束，歷時一年。根曝氣時間的不同，試驗

4、運行了8個運行方式，每種方式運行20-25天。周期運行過程中，2-3天取一次水樣，每次取樣，SBR每間隔1小時沿時取樣，人工濕地沿程取樣。試驗研究了常溫和低溫條件下，組合工藝中 SBR與人工濕地對COD、氨氮、總氮和總磷等有機污染物的去除規(guī)律及最佳運行工況；低溶解氧下 SBR系統(tǒng)的特性研究，包括同時硝化反硝化現(xiàn)象，脫氮除磷效果的研究；人工濕地最大處理效能，及人工濕地內植物生長特性。研究結論如下：
　　SBR反應器啟動期間，溫度為1

5、4.7～26.5℃，污泥培養(yǎng)周期按進水1h，曝氣20h，沉淀1h，出水1h，閑置1h，每天運行一個周期，排水比為1/3。運行3天后，污泥濃度明顯增加。其后，調整運行周期：進水1h，曝氣8h，沉淀1h，排水1h，閑置1h，每天運行兩個周期。十天后出現(xiàn)大量菌膠團。污泥濃度達3000mg/L以上，并對COD、氨氮、TN，TP等指標進行檢測。COD去除率達93％,氨氮去除率達90%，TP去除率達50%。對SBR中污泥進行鏡檢，發(fā)現(xiàn)大量菌膠團，其

6、中有變形蟲，固著型纖毛蟲屬，枝蟲、輪蟲等微生物。SBR反應器啟動成功。
　　人工濕地系統(tǒng)啟動前對填料進行了沖洗和補充，植物被短期（3天）移出了濕地床，在重新栽入濕地系統(tǒng)后，濕地植物都較快的適應和恢復了生長態(tài)勢。在種植植物時，重慶地區(qū)氣溫較高，有利于植物的生長恢復。特別是風車草，在重新栽入濕地床中2周后，就長勢旺盛，發(fā)出了新芽，且每株分蘗數(shù)都增加了5～6個；美人蕉的生長趨勢相對風車草要弱些，這是由于其自身的特點決定，美人蕉在冬天后大

7、量枝葉枯萎，仍然沒有得到很好的恢復，但是在經(jīng)過30天左右，美人蕉也呈現(xiàn)良好的長勢，部分美人蕉已經(jīng)長至1.4米左右，比較茂盛。在進行填料清洗過程中，發(fā)現(xiàn)植物根系發(fā)達，其中風車草根系長達30多公分，在兩種植物的根系上都附著大量填料。在各植物根區(qū)由于植物根系供氧，為微生物提供了一個好氧環(huán)境，形成的生物膜結構密實，呈褐色絮狀。植物根系內部填料上生物膜的顏色驟漸變深，最終呈黑色絮體。運行20天后，對人工濕地各級填料上的生物膜進行鏡檢，水生美人蕉位

8、于人工濕地的第一級，周圍有機物濃度高，生物膜成黃褐色，鏡檢發(fā)現(xiàn)了大量的微生物；自然復氧區(qū)由于受光照影響，出現(xiàn)了大量的藻類和草履蟲；隨水質的不斷變好，在人工濕地后段風車草根系區(qū)的生物膜發(fā)現(xiàn)了鐘蟲以及等枝蟲等微型動物。在后端植物池，除鏡檢發(fā)現(xiàn)輪蟲、線蟲等后生動物外，還發(fā)現(xiàn)了肉眼可見的絲狀沙蟲及一些軟體小蟲。人工濕地內生物相十分豐富，濕地內已經(jīng)建立了一個較完整的生物群落。
　　常溫下，運行方式3為最佳運行工況。此工況條件為，SBR限制曝

9、氣3h，沉淀1h，進出水2h，每天運行3個周期；人工濕地的HRT為24h，每天處理水量1.5m3，水力負荷為16.1cm/d。在進水 COD、氨氮、總氮，總磷均值依次在272mg/L、47.74mg/L，65.01mg/L，5.94mg/L的情況下，出水滿足《景觀用水標準》(GB/T18921-2002)，且組合工藝在滿足出水要求的前提下，SBR反應器能耗最低，人工濕地的處理效能發(fā)揮最大。在此工況條件下，組合工藝的COD、氨氮、總氮，總

10、磷的總去除率為95.6%、82.1%、78.1%，82.7%；其中，SBR對COD、氨氮、總氮，總磷的去除率為79.8%、52.7%、43.0%，30.0%；人工濕地對COD、氨氮、總氮，總磷的去除率為70.9%、84.3%、61.6%，88.7%。
　　在運行方式3條件下，組合工藝中 SBR對COD、氨氮、總氮，總磷的貢獻率分別為90.1%、54.8%、43.0%，30.1%。人工濕地對COD、氨氮、總氮，總磷的貢獻率分別為5.

11、5%、27.2%、35.1%，70.1%。SBR去除 COD和氨氮效果明顯，人工濕地總磷效果明顯。人工濕地對總氮，總磷的去除達到了最大效果，總氮的最大處理效能大致在2.2g/ m2·d，總磷最大處理效能大致在0.39g/ m2·d。將SBR反應器中的溶解氧濃度控制在0.5-1mg/L，曝氣強度控制在1m3/h～2m3/h較為合適。將 SBR反應器控制在低溶解氧狀態(tài)下，COD和氨氮降解并沒有受到明顯影響，且出現(xiàn)同時硝化反硝化現(xiàn)象，明顯放磷

12、、吸磷現(xiàn)象。
　　在運行方式3條件下，SBR中 COD在第一個小時內被降解很快，一小時后COD均值在100mg/L一下，隨著曝氣時間的延長，COD濃度一直呈下降趨勢，曝氣3h后，其出水值在50mg/L以一下。氨氮的降解過程受 COD濃度的濃度影響，其優(yōu)先去除 COD，而后去除氨氮。在曝氣前一個小時，COD濃度較高，增值速度較高的異養(yǎng)型細菌迅速增值，COD降解速度快，使得自養(yǎng)型的硝化菌受到抑制，硝化速率很慢，但由于反應器的稀釋作用，

13、氨氮在進水混合初期，氨氮濃度明顯下降。曝氣一小時后，COD降解基本完成，氨氮降解速率增大。曝氣3小時后，氨氮濃度下降20mg/L左右。總氮在低溶解氧環(huán)境下，由于反應器的稀釋作用和同時硝化反硝化作用，在曝氣過程中，其濃度一直曾下降趨勢，曝氣3小時后，濃度下降了25mg/L左右?？偭椎娜コ^程受溶解氧的影響明顯，在曝氣的前1小時，由于 COD的降解，氨氮的硝化，總氮的同時硝化反硝化需要消耗大量的溶解氧，在限制曝氣的情況下，SBR反應器中的溶

14、解氧濃度下降到0.2mg/L左右，反應器基本處于厭氧狀態(tài)，SBR反應器中出現(xiàn)明顯的釋磷反應，總磷的濃度在第1小時內呈明顯上升趨勢，隨著曝氣時間的延長，總磷濃度開始下降，曝氣3小時后，其濃度降低到4mg/L左右。
　　在運行方式3條件下，人工濕地的COD進水濃度很低，經(jīng)過人工濕地的降解出水能夠滿足出水要求。氨氮的進水濃度在20mg/L左右，人工濕地中植物根系的供氧和自然復氧槽的復氧，給濕地內部形成了較好的好氧環(huán)境，出水氨氮值下降到5

15、mg/L以下，能夠達到出水要求。總氮的進水濃度在30mg/L左右，由于植物根系的傳氧與自然復氧槽的復氧，為人工濕地提供了一個好氧，厭氧環(huán)境。通過其兼氧和厭氧區(qū)的反硝化過程去除硝態(tài)氮。總氮經(jīng)過人工濕地的沉積、揮發(fā)、吸附、微生物作用，植物吸收其下降值在15-20mg/L，出水總氮值在15mg/L以下，能夠滿足出水要求?？偭椎倪M水濃度在3.5mg/L左右，通過微生物的積累、植物的吸收和填料床基質的物理化學等幾方面的協(xié)調作用，人工濕地系統(tǒng)的出水

16、總磷濃度在0.5mg/L以下，具有很明顯的去磷效果。
　　在低溫下，SBR運行方式8為達標運行工況。此工況條件為，SBR曝氣8h，沉淀1h，進出水2h，每天運行2個周期；人工濕地的HRT為36h，每天處理水量1m3，水力負荷為10.6cm/d。在進水 COD，氨氮均值在374mg/L，86.14mg/L的情況下，出水 COD和氨氮值滿足《城市雜用水水質標準》（GB/T18920-2002）。在此工況條件下，組合工藝的COD，氨氮的

17、總去除率為96.3%，89.4%；其中，SBR對COD，氨氮的去除率為92.5%，68.3%；人工濕地對COD，氨氮的去除率為96.3%、89.4%。組合工藝中SBR對COD，氨氮的貢獻率分別為92.5%、68.3%。人工濕地對COD，氨氮的貢獻率分別為3.7%，21.1%。SBR對COD和氨氮的去除起主要作用。
　　低溫情況下，由于組合工藝對COD的降解速率下降，前置 SBR只有通過不斷延長曝氣時間和提高曝氣強度來提高 COD降

18、解速率，將 COD濃度降低到一個較低水平，再利用人工濕地的深度處理使出水滿足要求，人工濕地對COD的降解效果受氣溫影響較大，隨著氣溫的降低，其對COD的去除率逐漸下降。由于前置 SBR反應器對COD的降解，人工濕地降解 COD的效能沒有完全發(fā)揮，無法得出其低溫下的對COD降解的最大效能。SBR中污泥所含硝化細菌的生物活性降低，氨氮處理效果下降。加之進水氨氮濃度很高，氨氮的降解速率明顯下降。SBR系統(tǒng)不斷延長曝氣時間才能有效降低污水中的氨

19、氮濃度，當曝氣時間延長到8h，再充分利用人工濕地對氨氮的去除效果，才能滿足出水標準。
　　人工濕地中設置的自然復氧槽能夠有效的進行復氧。復氧量隨著槽長增加而增加，復氧的效果主要取決于槽長，將人工濕地四道復氧槽的平均復氧效果進行線性回歸，復氧槽的復氧效果與槽長呈正向線性關系。
　　風車草和水生美人蕉是較好的人工濕地植物。根系發(fā)達，其中風車草根系長達30多公分，在兩種植物的根系上都附著大量填料。在各植物根區(qū)由于植物根系供氧，為微

20、生物提供了一個好氧環(huán)境，形成的生物膜結構密實，呈褐色絮狀。植物根系內部填料上生物膜的顏色驟漸變深，最終呈黑色絮體。風車草受季節(jié)影響不大，但水生美人蕉受季節(jié)影響較大，冬季生長情況不好，植物需要三個月清理一次。
　　組合工藝耐沖擊負荷能力強，限制曝氣下，污泥濃度在3000-4000mg/L之間，且活性很高。在夏季學生離校期間，進水濃度很低的情況下，采用限制曝氣，其污泥濃度能夠控制在2000mg/L-3000mg/L。
　　SBR

21、與人工濕地組合工藝兼有兩種水處理技術的優(yōu)點。SBR抗沖擊負荷強，自控程度高，操作簡單;人工濕地運行成本低，維護簡單;人工濕地具有生態(tài)效應，可美化環(huán)境，具有綠化功效，可與小區(qū)的景觀相結合。同時，可以彌補兩種技術各自的不足?？梢钥s短SBR系統(tǒng)的曝氣時間，降低其能耗;人工濕地可以彌補SBR中氮磷去除功效;SBR系統(tǒng)可以彌補人工濕地濕地系統(tǒng)冬季處理效果不佳的問題，有效防止人工濕地堵塞，減小人工濕地的占地面積。
　　試驗得出的最佳運行工況是

22、:常溫下，SBR運行方式3(限制曝氣3h,沉淀1h)與人工濕地(HRT=24h，每天處理水量1.5m3，水力負荷為16.1 cm/d)組合，出水滿足《景觀用水標準》(GB/T18921-2002)，且組合工藝在滿足出水要求的前提下，SBR反應器能耗最低，人工濕地的處理效能發(fā)揮最大。在低溫下，SBR運行方式8(曝氣8,沉淀1h)與人工濕地(HRT=36h，每天處理水量1m3，水力負荷為10.6cm/d)組合，出水COD和氨氮值滿足《城市雜