污水處理廠尾水深度處理工程實(shí)例分析

污水處理廠尾水深度處理工程實(shí)例分析

1尾水深度處理與生態(tài)系統(tǒng)為了改善受影響水體的環(huán)境質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)回用水質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)，必須將城市污水處理廠的二級廢水深處理。去除的主要目標(biāo)是氮、磷和低濃度有機(jī)物等污染物?，F(xiàn)階段常規(guī)所采用的三級處理工藝（生物法或化學(xué)法）雖可去除污水中的氮和磷，但存在投資大、運(yùn)行費(fèi)用高和凈化效果不理想的問題。而生態(tài)工程技術(shù)（人工濕地、生物浮島等）符合深度處理的技術(shù)要求，具有投資、維護(hù)和運(yùn)行費(fèi)用低，管理簡便，處理效果好，二次污染小，抗沖擊性能強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，然而目前人工濕地、生物浮島等生態(tài)工程技術(shù)主要應(yīng)用于農(nóng)業(yè)非點(diǎn)源污染、生活污水、水產(chǎn)養(yǎng)殖污水處理和河道凈化等，對尾水深度處理的研究并不多見，2種以上生態(tài)工程組合系統(tǒng)處理尾水等方面的研究更少。為此，筆者結(jié)合東莞生態(tài)園燕嶺濕地工程情況———采用以高效垂直流人工濕地為核心技術(shù)的生態(tài)組合工藝，深度處理城市污水處理廠二級出水，考察其處理效能及影響因素。2園區(qū)內(nèi)部水源東莞生態(tài)園四周雖然水系縱橫，但卻缺少合適的可以長期利用的水源以保證生態(tài)園景觀娛樂用水。具體來說，東江是廣東省重要的飲用水水源，水庫聯(lián)網(wǎng)工程是東莞人民的“水缸”，這2個(gè)水源地根本不可能成為生態(tài)園水系的水源。而寒溪河與東引河水質(zhì)較差，近期也難作為生態(tài)園水系的水源。所以生態(tài)園中央水系的補(bǔ)水必須從生態(tài)園內(nèi)部自行解決，即合理利用區(qū)域內(nèi)南畬朗污水處理廠的尾水。根據(jù)東莞生態(tài)園水系規(guī)劃，生態(tài)園的水體近期需維持在《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB3838-2002）中Ⅳ類標(biāo)準(zhǔn)，而南畬朗污水廠出水為《城鎮(zhèn)污水處理廠排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB18918-2002）一級A標(biāo)準(zhǔn)，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于生態(tài)園水系的水質(zhì)要求，需經(jīng)過深度處理達(dá)到Ⅳ類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)后方可作為中央水系景觀補(bǔ)水、綠地澆灌和道路沖洗用水等周邊區(qū)域中水回用水。3項(xiàng)目設(shè)計(jì)3.1功能定位本工程以污水深度處理及資源化利用為基礎(chǔ)；以生態(tài)環(huán)境保護(hù)和生態(tài)修復(fù)為目標(biāo)；以濕地教育展示為亮點(diǎn)；以濕地生態(tài)景觀休閑游憩為特色。3.2污水深度處理工藝本工程處理規(guī)模為10萬m3/d，通過多方案進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析比選后，選擇采用生態(tài)氧化池/高效垂直流人工濕地/塘床自然濕地生態(tài)工程組合工藝作為污水深度處理工藝。工藝流程見圖1。3.3潛水泵及水泵提升泵站處于自然濕地二區(qū)范圍內(nèi)，泵坑尺寸為12m×8m×7.8m，內(nèi)設(shè)有4臺(tái)潛水泵（3用1備，水泵性能參數(shù)：Q=1500m3/h,H=13.5m,N=90kW）。南畬朗污水處理廠的處理出水通過自流管道流至泵坑，經(jīng)潛水泵提升到垂直流濕地區(qū)的生態(tài)氧化池進(jìn)行凈化。(2）生態(tài)氧化池及生物浮島生態(tài)氧化池為橢圓形狀布置，尺寸為102m（長軸）×39m（短軸）×5m，沿長軸方向分成2格（并聯(lián)運(yùn)行），設(shè)計(jì)水力停留時(shí)間為3h，有效容積為14063m3，有效深度為4.5m，池體分為4段折流進(jìn)水。為了使生態(tài)氧化池與人工濕地組合脫氮除磷工藝更有效地運(yùn)行，生態(tài)氧化池的設(shè)計(jì)結(jié)合了傳統(tǒng)生物膜反應(yīng)池及生態(tài)氧化塘工藝，在池體內(nèi)設(shè)置了片狀微生物床填料和生物浮島。片狀微生物床填料是一種微生物載體，較傳統(tǒng)的微生物填料具有更大的空隙率及微生物吸附面積；生物浮島是漂浮于水面的植物浮板，植物根系及其附著的微生物和水生動(dòng)植物組成復(fù)合生態(tài)系統(tǒng)，有利于凈化水質(zhì)。片狀微生物床的總填料量為53484m2，生物浮島的面積為2378m2。(3）濕地公園運(yùn)行人工濕地區(qū)域是燕嶺濕地處理工藝的核心部分，該區(qū)域按照深圳市環(huán)境科學(xué)研究院的高效垂直流人工濕地專利技術(shù)要求而建。濕地系統(tǒng)占地面積173251m2，設(shè)計(jì)布水負(fù)荷0.58m3/m2·d，濕地基質(zhì)填料采取碎石、粗砂等多種材質(zhì)，以不同粒徑及不同配比進(jìn)行有機(jī)組合，總厚度為1.8m。為了保證濕地系統(tǒng)布水均勻，將濕地系統(tǒng)分成60個(gè)獨(dú)立進(jìn)水單元，各個(gè)單元可單獨(dú)運(yùn)行也可并聯(lián)運(yùn)行，系統(tǒng)運(yùn)行采用PLC自動(dòng)控制及手動(dòng)控制結(jié)合，可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程（計(jì)算機(jī)）及現(xiàn)場2種控制方式，污水經(jīng)過濕地植物池的過濾、吸附、生物降解后經(jīng)過收集管排出。在植物池內(nèi)種植適合東莞氣候的各種水生濕生植物，如蘆竹、風(fēng)車草、花葉蘆荻、再力花、香根草、紙莎草、水生美人蕉等。(4）生態(tài)循環(huán)，景觀休閑空間自然濕地區(qū)為本工程工藝系統(tǒng)的末端系統(tǒng)，通過修建塘床交替的自然濕地系統(tǒng)進(jìn)一步凈化水質(zhì)，實(shí)現(xiàn)生態(tài)修復(fù)和調(diào)節(jié)城市小氣候，增加生物多樣性，并向周邊居民提供休閑空間。自然濕地區(qū)分為自然濕地一區(qū)和自然濕地二區(qū)，一區(qū)面積為30.3萬m2，二區(qū)面積約為6.9萬m2。4系統(tǒng)正常運(yùn)行及取樣點(diǎn)東莞生態(tài)園燕嶺濕地2009年8月開始施工建設(shè)，于2011年3月建成后經(jīng)過一段時(shí)間的運(yùn)行調(diào)試開始正常運(yùn)行。本文在處理系統(tǒng)經(jīng)過運(yùn)行穩(wěn)定期后6個(gè)月（即2012年1月至6月）對其水質(zhì)進(jìn)行了監(jiān)測，監(jiān)測頻率為每7d1次，共24次。取樣點(diǎn)為提升泵池進(jìn)水口、生態(tài)氧化池出水口、人工濕地出水口和自然濕地區(qū)出水口，共4個(gè)點(diǎn)。水質(zhì)監(jiān)測結(jié)果見表1，由其可見生態(tài)工程組合工藝已逐步發(fā)揮其凈化功能。4.1系統(tǒng)運(yùn)行效果本工程進(jìn)水水質(zhì)為南畬朗污水處理廠出水，BOD5/COD為0.23，見表1，低于生物處理所需要B/C比（0.3），可生化性較差，故采用微污染生態(tài)處理技術(shù)組合工藝進(jìn)行深度處理。在經(jīng)過為期半年以上的調(diào)試及試運(yùn)行后，處理系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，出水效果良好。如表1所示，2012年1—6月運(yùn)行期間系統(tǒng)最終出水COD平均約14.4mg/L,BOD53.4mg/L,NH3-N0.84mg/L,TP0.19mg/L，出水水質(zhì)主要指標(biāo)完全符合《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB3838-2002）中Ⅳ類標(biāo)準(zhǔn)要求。為了更好地了解和對比組合工藝各個(gè)處理單元的運(yùn)行效果和機(jī)理，下文將結(jié)合各個(gè)水質(zhì)指標(biāo)具體的去除情況做進(jìn)一步的分析。4.2有機(jī)污染物的去除組合工藝對COD的去除效果見圖2。組合工藝對BOD5的去除效果見圖3。對比圖2和圖3，本項(xiàng)目生態(tài)技術(shù)組合工藝對COD和BOD5的去除變化規(guī)律比較相似。圖2和圖3中顯示，進(jìn)水COD,BOD5曲線浮動(dòng)范圍較大，但兩者的出水水質(zhì)曲線始終都維持在較為平穩(wěn)的狀態(tài)，總平均去除率都在68%左右，這說明以垂直流人工濕地為核心的生態(tài)組合工藝去除效果穩(wěn)定，耐沖擊負(fù)荷大。一般認(rèn)為，人工濕地對有機(jī)物的去除主要通過微生物的吸附降解、植物吸收及填料吸附。通過濕地的沉淀及過濾作用，尾水中的不溶性有機(jī)物被截留并為微生物所利用，而可溶性有機(jī)物則可通過植物根系生物膜的吸附、吸收及生物代謝過程而被分解去除。以上監(jiān)測的數(shù)據(jù)表明，垂直流人工濕地對有機(jī)污染物的平均去除率在各個(gè)處理單元中最高，接近50%，但沒有相關(guān)文獻(xiàn)報(bào)道的去除率高。唐娜等的研究表明，人工濕地對COD的去除率與進(jìn)水SS濃度之間存在顯著正相關(guān)。因污水廠尾水懸浮物濃度較低，顆粒物吸附的有機(jī)物較少，故去除率不可能達(dá)到很高的狀態(tài)。作為人工濕地預(yù)處理的生態(tài)氧化池和末端系統(tǒng)自然濕地對低濃度有機(jī)污染物具有一定的去除效果，對COD和BOD5平均去除率分別都在20%左右。生態(tài)氧化池作為人工濕地的預(yù)處理系統(tǒng)，減輕了人工濕地的污染負(fù)荷，保證其穩(wěn)定運(yùn)行。生態(tài)氧化池一方面主要通過附著在池內(nèi)片狀微生物床上的微生物來降解有機(jī)物，另一方面則依靠種植在池內(nèi)生物浮島上的植物根系釋出大量分泌物來加快分解有機(jī)污染物。而自然濕地是對人工濕地的出水進(jìn)一步凈化和水質(zhì)保證，其去污機(jī)理在于土壤、微生物、植物的相互協(xié)同作用，也具有較強(qiáng)的污染物去除能力?？傊?，采用生態(tài)氧化池/垂直流人工濕地/自然濕地生態(tài)工程組合工藝處理后，出水COD和BOD5濃度都維持在較低水平（分別在18mg/L和5mg/L以下），優(yōu)于《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB3838-2002）中Ⅳ類標(biāo)準(zhǔn)。4.3人工濕地去除nh3-n效果組合工藝對NH3-N的去除效果如圖4所示。圖4表明在不同進(jìn)水濃度3.98～7.12mg/L的情況下，組合工藝最終出水NH3-N濃度變化不大，出水相對穩(wěn)定，濃度均在1.1mg/L以下，優(yōu)于《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB3838-2002）中Ⅳ類標(biāo)準(zhǔn)，總平均去除率達(dá)到83.9%。生態(tài)氧化池能較有效去除NH3-N，去除率接近20%。監(jiān)測期間氧化池內(nèi)生物浮島上的風(fēng)車草處于生長階段，長勢好，根系也較密較粗，有利于氧氣的傳輸、微生物的附著和無機(jī)氮的吸收；而片狀微生物床填料也能高效地固化硝化菌、反硝化菌等菌類，由外及里形成好氧、兼性厭氧和厭氧3種反應(yīng)區(qū)，對NH3-N具有較高的去除效率。人工濕地去除NH3-N主要以微生物的硝化和反硝化作用為主，此外還包括植物吸收和填料吸附等作用。本項(xiàng)目濕地填料1.8m深，濕地植物根系對氧氣的輸導(dǎo)作用，使得其表面可形成好氧的微生物代謝活躍的微區(qū)域；而在遠(yuǎn)離根區(qū)附近及濕地底部容易形成缺氧和厭氧的環(huán)境，這為硝化反硝化高效脫氮?jiǎng)?chuàng)造了有利的條件。該人工濕地系統(tǒng)對NH3-N的平均去除率在71%左右。自然濕地一方面因進(jìn)水NH3-N濃度較低，另一方面脫氮功能性也沒有人工濕地強(qiáng)，所以對NH3-N的平均去除率遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于人工濕地，約為31%，但從另外一個(gè)角度來看，這也說明了自然濕地所采取的生態(tài)修復(fù)措施對于氮的去除起到了一定的作用和效果。4.4不同基質(zhì)中磷的去除能力組合工藝對TP的去除效果見圖5。從圖5可以看出，相對于人工濕地對磷平均去除率為57.2%，生態(tài)氧化池和自然濕地去除TP的效果不是很明顯，平均去除率分別僅為11.1%和15.3%，這可能跟磷存在的形式以及去除的機(jī)理和方法等因素有關(guān)，據(jù)此推測片狀微生物床和植物根系上附著的微生物同化作用和植物的吸收攝取作用對磷的去除能力有限。一般認(rèn)為，人工濕地中磷的去除主要以基質(zhì)的吸附固定為主。因此，填料的構(gòu)造設(shè)計(jì)和材質(zhì)的選型對去除磷的效率影響較大。本項(xiàng)目高效垂直流人工濕地合理的填料結(jié)構(gòu)起到了沉淀、吸附和截留磷的作用，而所采用的VC-W特殊填料是一種良好的復(fù)合填料，對水中的磷具有較高的吸附容量。此外，充填于人工濕地底部的石灰石也可能起到了關(guān)鍵作用，石灰石與濕地出水接觸，可能會(huì)溶出部分鈣離子，鈣離子與水中的PO43-發(fā)生沉淀反應(yīng)，進(jìn)而達(dá)到除磷的效果。可見，人工濕地對TP具有顯著的去除效果。該生態(tài)工程組合工藝處理后TP出水濃度大多在0.2mg/L以下，平均去除率達(dá)到68%左右，優(yōu)于《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB3838-2002）中Ⅳ類標(biāo)準(zhǔn)。5周邊地區(qū)水處理工程的目標(biāo)采用生態(tài)氧化池/高效垂直流人工濕地/自然濕地組合工藝