化工企業(yè)排放的污水成分復(fù)雜、毒性大、有機(jī)物濃度高、生物難降解物質(zhì)多，雖經(jīng)二級處理后達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)，但其對環(huán)境的潛在危害依然很大。因此，有必要對混合化工污水廠尾水進(jìn)行深度處理和循環(huán)利用。目前，傳統(tǒng)的深度處理工藝存在投資大、處理成本高、管理要求高等問題，筆者針對某工業(yè)園區(qū)混合化工污水廠的尾水水質(zhì)，提出了人工快滲/復(fù)合人工濕地深度處理工藝。

人工快速滲濾系統(tǒng)(CRI) 是污水快滲系統(tǒng)(RI) 的人工強(qiáng)化，它采用滲透性較好的人工填料代替天然土層，從而大大提高了水力負(fù)荷。作為兩種重要的污水生態(tài)凈化技術(shù)，人工濕地和氧化塘技術(shù)與常規(guī)技術(shù)相比有如下特點(diǎn): 投資低、操作簡單、運(yùn)行和維護(hù)費(fèi)用低、在處理污水的同時(shí)又能改善周圍地區(qū)的生態(tài)環(huán)境。但生態(tài)法的處理效果受植物生長及氣溫等因素的影響較大，故對進(jìn)水水質(zhì)和水量的可調(diào)控性不強(qiáng)，而CRI 系統(tǒng)的可控制因子較多，故將CRI 系統(tǒng)和生態(tài)單元(人工濕地和氧化塘) 有機(jī)組合，可實(shí)現(xiàn)優(yōu)勢互補(bǔ)，形成耐沖擊、低能耗的協(xié)同處理新工藝。

1 研究方法

1. 1 污水水質(zhì)

某工業(yè)園區(qū)目前投產(chǎn)的企業(yè)以化工、農(nóng)藥企業(yè)為主，各企業(yè)的生產(chǎn)廢水經(jīng)處理達(dá)到園區(qū)污水 處理廠接管標(biāo)準(zhǔn)后，排入園區(qū)污水廠調(diào)節(jié)池，再經(jīng)混凝氣浮/SBR/接觸過濾工藝處理后達(dá)標(biāo)排放。本研究用水為SBR 池出水，其水質(zhì)見表1。

表1 混合化工污水廠尾水水質(zhì)

Tab．1 Characteristic of tail water from mixed chemical wastewater treatment plant 　mg·L-1

 1. 2 工藝流程及運(yùn)行條件

本研究采用的工藝為: 人工快速滲濾系統(tǒng)/一級水平潛流人工濕地/二級水平潛流人工濕地/表面流人工濕地/氧化塘/三級水平潛流人工濕地/清水池/回用。人工快速滲濾系統(tǒng)由4 座尺寸為12．0 m×5．0 m× 2．5 m的鋼混池構(gòu)成，設(shè)計(jì)處理能力為360m3 /d，表面負(fù)荷為1．5 m3 /(m2·d) 。一級潛流人工濕地、二級潛流人工濕地、自由表面流人工濕地、氧化塘和三級潛流人工濕地的有效面積分別為1 350、1 350、570、378 和540 m2，設(shè)計(jì)HRT 為7．7 d。

該示范工程于2010 年5 月建成，8月投入試運(yùn)行，2011 年3 月穩(wěn)定運(yùn)行至今。四個(gè)CRI 單元按一定濕干比和水力負(fù)荷交替運(yùn)行，復(fù)合人工濕地系統(tǒng)則連續(xù)運(yùn)行，每月采集各單元出水水樣2～3 次，分析COD、NH3-N、TP 等指標(biāo)。

1. 3 分析方法

電導(dǎo)率: 電導(dǎo)率儀，pH 值和ORP: pH 計(jì)，COD:重鉻酸鉀法，氨氮: 納氏試劑分光光度法，TP: 過硫酸鉀消解—鉬銻抗分光光度法。

2 結(jié)果與討論

2. 1 CRI 系統(tǒng)的啟動(dòng)

CRI 的微生物培養(yǎng)方式主要有自然培養(yǎng)和人工接種兩種，且人工接種的方式使系統(tǒng)達(dá)到穩(wěn)定的時(shí)間一般比自然培養(yǎng)方式的短。由于CRI 系統(tǒng)的進(jìn)水為SBR 工藝的出水，其中的微生物含量較高，因此在試運(yùn)行的初期采用自然培養(yǎng)的方式。

在試運(yùn)行的前3 周，每天對CRI 系統(tǒng)的進(jìn)、出水COD 濃度進(jìn)行監(jiān)測，結(jié)果見圖1。

 圖1 CRI 啟動(dòng)階段對COD的去除效果

Fig．1 COD removal rate in start-up stage of CRI

系統(tǒng)啟動(dòng)初期對COD 的去除率波動(dòng)較大，17 d后去除率穩(wěn)定在40%左右。培養(yǎng)初期，COD 的去除主要依靠填料的截留和吸附作用，因此，隨著填料的吸附達(dá)到飽和，對COD 的去除率明顯下降，并且出水COD 濃度波動(dòng)大，抗沖擊能力弱。培養(yǎng)17 d 后，滲濾介質(zhì)中的微生物量大大增加，加強(qiáng)了微生物對有機(jī)污染物的生物降解作用，也強(qiáng)化了介質(zhì)顆粒表面的生物膜以及介質(zhì)顆粒之間的生物絮體對污染物的截留和吸附作用，使得對COD 的去除率趨于穩(wěn)定，同時(shí)使CRI 系統(tǒng)的抗沖擊能力得到提升。

2. 2 對COD 的去除

經(jīng)過3 周左右的啟動(dòng)運(yùn)行，CRI 系統(tǒng)的出水水質(zhì)達(dá)到穩(wěn)定，于是開始連續(xù)運(yùn)行。每月采樣2～3次，對系統(tǒng)進(jìn)水和各單元出水水質(zhì)進(jìn)行分析。

系統(tǒng)進(jìn)水COD 平均為97．8 mg /L，出水COD 平均為20．7 mg /L，平均去除率為78．8%，最高去除率為86．8%，系統(tǒng)出水COD 濃度比較穩(wěn)定，且達(dá)到了《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB 3838—2002) 的Ⅴ類標(biāo)準(zhǔn)。經(jīng)分析，CRI 系統(tǒng)對COD 的去除貢獻(xiàn)較大，去除率達(dá)51．2%，后續(xù)人工濕地和氧化塘系統(tǒng)進(jìn)一步使水質(zhì)得到凈化，且植物和藻類生長狀況良好，說明混合化工污水廠尾水的生物毒性顯著降低。另外，試驗(yàn)期間經(jīng)歷了幾次較強(qiáng)的降雨、降溫過程，使系統(tǒng)對COD 的去除率有所下降，但仍保持在70% 以上，說明該系統(tǒng)具有較強(qiáng)的抗沖擊能力。

2. 3 對NH3-N 的去除

污水中的氮主要以有機(jī)氮、氨氮、硝態(tài)氮三種形式存在。氮的去除主要有揮發(fā)作用、吸附作用、生物同化作用和生物脫氮作用等。其中，生物脫氮過程包括氨化、硝化和反硝化階段。經(jīng)統(tǒng)計(jì)，系統(tǒng)出水NH3-N 為0．29～1．70 mg /L，平均為1．05 mg /L，平均去除率為86．9%，最高去除率為96．2%。由于CRI 系統(tǒng)的濕干比為1∶3，復(fù)氧效率較高，因此在落干期好氧微生物活性高，硝化反應(yīng)得以順利進(jìn)行，對NH3-N 的去除率為50．2%，進(jìn)入復(fù)合人工濕地的NH3-N ＜ 5 mg /L，經(jīng)前兩級潛流人工濕地凈化后，出水NH3-N 濃度已基本達(dá)到GB 3838—2002 的Ⅴ類標(biāo)準(zhǔn)(見圖2) 。試驗(yàn)過程中，季節(jié)變化對表面流人工濕地和氧化塘的凈化效率影響較大，而潛流人工濕地受影響則較小。

 圖2 NH3-N濃度的沿程變化

Fig．2 Variation of NH3-N concentration along combined process

2. 4 對TP 的去除

污水中磷的存在形態(tài)取決于污水的類型，最常見的有磷酸鹽(H2PO4-、HPO42-、PO43-)、聚磷酸鹽和有機(jī)磷，聚磷酸鹽在水中能逐漸水解成磷酸鹽。以植物、微生物、基質(zhì)構(gòu)成的生態(tài)系統(tǒng)通過過濾、吸附、共沉、離子交換、植物吸收和微生物分解來實(shí)現(xiàn)對磷的高效去除。在連續(xù)運(yùn)行中，整個(gè)系統(tǒng)對TP 的平均去除率達(dá)到76．4%，最高為87．9%，出水TP 平均為0．20 mg /L。CRI 系統(tǒng)對總磷的去除率為39．9%，在復(fù)合人工濕地系統(tǒng)中TP的去除主要發(fā)生在前端兩級潛流人工濕地，自由表面流人工濕地和氧化塘系統(tǒng)對TP 的去除率較低(見圖3) ，可能的原因是:植物枯葉和藻類中的磷分解釋放后重新回到水體中，導(dǎo)致對TP 的去除率偏低。

 圖3 TP濃度的沿程變化

Fig．3 Variation of TP concentration along combined process

3 結(jié)論

① CRI /人工濕地/氧化塘組合工藝深度處理混合化工污水廠尾水的效果良好，對COD、NH3-N和TP 的平均去除率分別為78．8%、86．9% 和76．4%，出水水質(zhì)達(dá)到《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB3838—2002) 的Ⅴ類標(biāo)準(zhǔn)。具體參見http://www.northcarolinalenders.com更多相關(guān)技術(shù)文檔。

② CRI 系統(tǒng)采用自然培養(yǎng)法啟動(dòng)，系統(tǒng)達(dá)到穩(wěn)定運(yùn)行的時(shí)間較短，水力負(fù)荷可達(dá)1．5 m3 /(m2·d) 。

③長時(shí)間運(yùn)行時(shí)，人工濕地系統(tǒng)中的植物生長狀況良好，氧化塘內(nèi)藻類大量繁殖，表明混合化工污水廠尾水的生物毒性已大大降低。