生态氧化池在污水处理厂尾水深度处理中的应用

生态氧化池在污水处理厂尾水深度处理中的应用

中国的城市污水处理厂通常采用二级生化处理。即使废水水质能够稳定达到a级标准（gb18918-2002），废水中的污染物也是一个重要的来源。因此,选取合适的工艺对污水处理厂尾水进行深度处理并实现回用显得尤为重要。常规污水深度处理技术包括混凝沉淀法、活性炭法、膜分离法、离子交换法、高级氧化法等,普遍存在基建投资及运行费用高、操作管理复杂等缺点,限制了其在尾水深度处理方面的应用。人工湿地作为生态型水质净化技术,具有污染物去除效果稳定、投资省、运行成本低等显著优点[3~5],从而为污水处理厂尾水的深度处理开辟了一条新的途径。以东莞生态园燕岭湿地建设工程为平台,以生态氧化池作为垂直流人工湿地的强化前处理工艺,探讨了该组合工艺在尾水深度处理中的应用。1项目设计1.1南主张生态补水工程东莞生态园位于东莞市北部,规划面积为30.5km2,生态园规划区域内及周边水系污染严重,与规划的水质要求差距较大。为保证园区的景观补水,改善区域水环境质量,拟建污水深度处理工程,引入强化型垂直流人工湿地工艺,对南畲朗污水处理厂的尾水进行深度处理,出水排入生态园水系,作为景观及生态补水。本工程处理规模为10×104m3/d,进水为南畲朗污水处理厂出水,设计进水COD≤50mg/L、BOD5≤10mg/L、NH4+-N≤5(8)mg/L、TP≤0.5mg/L;设计出水水质执行《地表水环境质量标准》(GB3838—2002)的Ⅳ类标准:COD≤30mg/L、BOD5≤6mg/L、NH4+-N≤1.5mg/L、TP≤0.3mg/L。1.2流程和设计参数采用生态氧化池/垂直流人工湿地组合工艺对南畲朗污水处理厂尾水进行深度处理。(1)u3000池塘生态氧化池的设计结合了传统生物膜法及氧化塘工艺,设计HRT为3h,池体采用椭圆形,长轴长为102m,短轴长为39m,池深为5m,容积为3123m3,分为4段折流进水,池体内中间层设置片状微生物床填料,利用片状微生物床巨大的比表面积吸附微生物以提高生物处理效率,填料总量为52084m2;同时,在池体表面设置植物浮床,其面积为3125m2。(2)湿地系统设计垂直流人工湿地为本工程的核心部分,采用了深圳市环境科学研究院的专利技术———高效垂直流人工湿地水质净化技术,该技术具有独特的填料结构和水流模式,处理效果稳定,运行费用低,在国内已有大量工程实例。垂直流湿地植物池用地面积为17.5hm2,填料层厚度为1.8m,设计布水负荷为0.57m3/(m2·d),BOD5面积负荷率为2.29g/(m2滤料·d),BOD5容积负荷率为1.27g/(m3滤料·d)。湿地填料由粗砂及4~32mm级配碎石组成。湿地表层采用DN75穿孔管布水,穿孔管间距为2m。沿湿地表层DN75穿孔管设置管沟,管沟内填充组合滤料,该滤料由活性炭、火山石、石灰石等按比例混合而成。湿地底层采用DN200穿孔管集水,穿孔管间距为10m。穿孔管集水后再汇到湿地中间的排水渠。为保证湿地的处理效果,在植物池内种植适合东莞气候的各种水生湿生植物,如芦苇、风车草、芦荻、再力花、香根草、纸莎草、美人蕉等。由于本工程湿地面积较大且采用重力流方式布水,为了保证湿地布水均匀,将整个湿地系统分成4大部分,共61个布水单元,在运行过程中可根据进水情况进行组合。湿地系统正常情况下通过PLC自动方式布水;在安装调试和维修时切换到手动控制。1.3运行费用及运行费用本工程总投资约1.6亿元,吨水基建投资为1600元,连续运行功率为330kW,运行费用为0.16元/m3。本工程出水可代替自来水用于绿化浇灌、河道补水等,该地区自来水价格为2.0元/m3,则可节省水费为20万元/d(7000万元/a,按350d/a计),扣除本工程的年运营费用560万元,间接经济效益为6440万元/a。2运营效果和分析2.1生活污水深度处理深度处理系统对主要污染物的去除效果如表1所示。本工程于2009年11月开工,2011年6月进入试运行期,2011年12月进入稳定运行期。对处理系统的进水口、生态氧化池出水口、人工湿地出水口共3个点进行了连续12个月(2012年)的水质监测,采样分析频率为2次/月,监测项目为COD、BOD5、NH4+-N和TP。由表1可见,深度处理系统对各主要污染物均具有显著的去除效果,监测期间对COD、BOD5、NH4+-N和TP的平均去除率分别为61.8%、64.4%、82.6%、75.2%,出水水质优于GB3838—2002的Ⅳ类标准。本工程进水为南畲朗污水处理厂出水,其主要水质指标(除TP外)均达到一级A标准,属微污染水。一般而言采用传统生化处理对这类水难以进行进一步深度处理,而本工程采用的生态氧化池/垂直流人工湿地组合工艺对尾水仍具有非常理想的深度处理效果,充分说明该组合工艺用于尾水深度处理极具技术优势。表1还说明生态氧化池和垂直流人工湿地对主要污染物的去除特征存在显著差异。生态氧化池对COD、BOD5和NH4+-N具有一定的去除效果,平均去除率为20%~30%,但对TP的去除效果不明显,平均去除率<5%。可以推测,生态氧化池内固定的片状微生物床和植物浮床对于尾水中有机物和NH4+-N的生物转化具有积极作用。而人工湿地对各污染物的去除效果都比较理想,其中,对COD和BOD5的平均去除率均在50%以上,对NH4+-N和TP的平均去除率均超过70%。有学者曾将此人工湿地专利技术应用于湖水循环净化,对各污染物的去除率均在50%以上。综上所述,该专利技术对微污染水中各主要污染物均具有显著的去除效果,其原因可能在于:(1)独特的布水方式提高了布水的均匀性,并保证污水与填料的充分接触;(2)合理的填料级配结构强化了湿地对污染物的沉淀、吸附和截留作用,提高了污染物的微生物转化效率。2.2湿地对污染物的去除2.2.1人工湿地去除cod和bod5人工湿地对有机物具有较强的去除能力,其去除机理在于:(1)难溶性有机物可通过湿地填料的沉积、过滤作用而被截留并进一步被生物降解;(2)可溶性有机物则可通过植物根系生物膜的吸附、吸收及生物代谢过程而被分解去除。人工湿地对COD去除效果较为显著,其去除率为45%~60%,出水COD基本保持在20mg/L以下。人工湿地对BOD5的去除效果也比较理想,其去除率始终保持在50%以上,出水BOD5基本保持在6.0mg/L以下,且出水BOD5浓度和去除率的变化规律与COD相似。相关文献也报道过人工湿地对尾水中有机物的去除情况,不同学者得到的研究结果差异显著,这与预处理方式、湿地结构、运行方式、污水类型等多种因素有关。2.2.2人工湿地对nh4+-n的去除效果国内外学者普遍认为,人工湿地对氮的去除主要是通过微生物的氨化、硝化和反硝化作用实现的,植物吸收、填料吸附和离子交换等其他方式对氮的去除率贡献很小。其中,人工湿地对NH4+-N的去除主要是通过微生物的硝化作用先将其氧化为NO3--N,再通过反硝化作用还原为N2而从水中逸出。硝化作用所需的氧主要来源于大气向湿地填料的扩散作用和植物根系的放氧作用。人工湿地对NH4+-N的去除效果非常显著,其去除率为65%~85%,出水NH4+-N始终保持在1.5mg/L以下。由此推测,本工程采用的垂直流人工湿地专利技术通过其合理的填料和植物配置方式,强化了微生物对NH4+-N的硝化作用。2.2.3tp的去除效果人工湿地对磷的去除主要是通过植物吸收、微生物转化和填料的物理化学作用完成的,其去除机制包括:(1)植物吸收;(2)聚磷菌的过量摄取;(3)填料的沉淀和吸附作用,其中填料的吸附作用对磷的去除率贡献最大,而填料对磷的吸附作用主要取决于填料的级配结构。人工湿地对TP的去除效果极为显著,监测期间的平均去除率接近75%,出水TP大多在0.3mg/L以下。有学者曾将该垂直流人工湿地专利技术应用于处理其他类型废水,均获得显著的TP去除效果,去除率为60%~90%。可见,该技术独特的填料级配结构增强了人工湿地对TP的去除效果。3工程深度处理系统污染物的去除效果(1)本工程将生态氧化池/垂直流人工湿地组合工艺用于深度处理城市污水处理厂尾水,基建投资为1600元/m3,运行费用为0.16元/m3,与常规深度处理工艺相比,投资和运行费用均较低。(2)本工程深度处理系统对尾水中各主要污染物的去除效果显著,