康愛彬　宗慧敏　霍鵬　陳鴻漢

摘要：以校園學(xué)生生活區(qū)高氨態(tài)氮生活污水為研究對象，采用分段進(jìn)水三級串聯(lián)人工快速滲濾系統(tǒng)對污染物的去除效果進(jìn)行研究。試驗結(jié)果顯示：一級子系統(tǒng)表層和二級子系統(tǒng)表層分別以1 m/d和0.3 m/d水力負(fù)荷進(jìn)水時，COD負(fù)荷提高到0.23 kg/（m2·d），去除率為84.6%；氨態(tài)氮負(fù)荷提高到123.2 g/（m2·d），NH+4-N去除率為96.7%；出水中COD、NH+4-N的濃度都能滿足《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB18918-2002）一級A標(biāo)準(zhǔn)?？偟娜コ蕿?3.8%，C/N比值由原來的0.83提高到1.10，C/N比值的提高主要是因為總氮去除率明顯提高了。與單段進(jìn)水相比，分段進(jìn)水可以發(fā)揮三級串聯(lián)人工快速滲濾系統(tǒng)的優(yōu)勢，提高水力負(fù)荷，相應(yīng)地減少占地面積。

關(guān)鍵詞：三級串聯(lián)人工快速滲濾系統(tǒng)；高氨態(tài)氮生活污水；分段進(jìn)水

中圖分類號： X703文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A文章編號：1002-1302（2014）01-0323-02

收稿日期：2013-05-05

基金項目：河北省科技支撐計劃（編號：12273602）；河北省教育廳資助項目（編號：Z2011301）

作者簡介：康愛彬（1981—），男，安徽蒙城人，博士，講師，主要從事水污染控制研究。Tel：（0311）85113078；E-mail：kabcugb@163.com。人工快速滲濾系統(tǒng)（Constructed Rapid Infiltration，簡稱CRI）是在傳統(tǒng)的污水土地處理系統(tǒng)上發(fā)展起來的一種新的生物處理方法，具有處理效果好，投資少，管理方便，操作簡單，運(yùn)行費(fèi)用較低等優(yōu)點[1-4]。近年來我國對人工快速滲濾系統(tǒng)進(jìn)行了研究比較，并有實際工程應(yīng)用[5-7]。筆者采用三級串聯(lián)人工快速滲濾系統(tǒng)對高氨態(tài)氮生活污水和模擬養(yǎng)殖廢水進(jìn)行了研究，雖然三級串聯(lián)人工快速滲濾系統(tǒng)對污染物的去除效果較傳統(tǒng)人工快速滲濾系統(tǒng)有不同程度的提高，但是由于第一級子系統(tǒng)的停留時間較短，通常25 min左右就已出水，并沒有發(fā)揮其復(fù)氧效果好，能分擔(dān)污染物負(fù)荷的優(yōu)勢。當(dāng)水力負(fù)荷大于 1.2 m/d 時，三級串聯(lián)人工快速滲濾系統(tǒng)對污染物的去除率明顯下降，出水已不能滿足一級A的標(biāo)準(zhǔn)[8-10]。因此，為了最大程度地發(fā)揮三級串聯(lián)人工快速滲濾系統(tǒng)的優(yōu)勢，進(jìn)行分段進(jìn)水處理高氨態(tài)氮生活污水研究，考察分段進(jìn)水對污染物的去除效果。

1材料與方法

1.1生活污水

試驗進(jìn)水來自校園學(xué)生生活區(qū)化糞池，主要來源于學(xué)生宿舍的洗漱、沖廁以及其他用水，試驗廢水水質(zhì)指標(biāo)為：COD：382.3～794.8 mg/L；氨態(tài)氮：103.9～174.4 mg/L；NO2--N：0～0.97mg/L；NO3--N：0～0.52 mg/L；總氮：119.9～175.3 mg/L，屬于典型的高氨態(tài)氮生活污水。生活污水經(jīng)過微曝氣后進(jìn)入人工快速滲濾系統(tǒng)。試驗中的進(jìn)水即經(jīng)過微曝氣后的生活污水。

1.2試驗設(shè)計

本試驗采用的工藝流程見圖1。

三級串聯(lián)人工快速滲濾系統(tǒng)裝置由內(nèi)徑為200 mm的 PVC管制成，下部1 m設(shè)為飽水層。填料采用中沙，所選用的中沙粒徑為0.4～1.2 mm，d10=0.25 mm，不均勻系數(shù)=312，并混有少量大理石補(bǔ)充堿度。保護(hù)高0.4 m，距頂部 01 m 處為溢流口，一、二級子系統(tǒng)介質(zhì)厚度均為0.5 m，三級子系統(tǒng)介質(zhì)厚度為1.0 m，介質(zhì)總高度為2.0 m。一、二級子系統(tǒng)中間以及二、三級子系統(tǒng)中間均有0.2 m高的通氣層。進(jìn)水總水力負(fù)荷為1.3 m/d，其中一級子系統(tǒng)表層進(jìn)水水力負(fù)荷為 1.0 m/d，二級子系統(tǒng)表層進(jìn)水水力負(fù)荷為0.3 m/d。每天進(jìn)水4次，水力負(fù)荷周期為6 h，濕干比為1 ∶5，間隔2～3 d定時取1次樣。

1.3分析項目及方法

試驗分析項目包括COD、NH+4-N、總氮等。檢測分析項目均采用國家標(biāo)準(zhǔn)方法。

2結(jié)果與分析

2.1COD運(yùn)行結(jié)果分析

分段進(jìn)水COD運(yùn)行結(jié)果見圖2。由圖2可知，正常運(yùn)行階段系統(tǒng)整體COD進(jìn)水濃度為176～260 mg/L，平均濃度為211.4 mg/L，COD負(fù)荷為0.23 kg/（m2·d），出水濃度為27～39 mg/L，平均濃度為31.8 mg/L，出水均能滿足GB 18918—2002《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》一級A標(biāo)準(zhǔn)。COD累計去除率在81.8%～89.2%之間，平均累計去除率為84.6%。其中，一級子系統(tǒng)平均累計去除率為53.1%，一、二級子系統(tǒng)平均累計去除率為62.1%，二級子系統(tǒng)凈去除率為9.0%，一、二、三級子系統(tǒng)平均累計去除率為84.6%，三級子系統(tǒng)凈去除率為22.5 %。一級子系統(tǒng)、二級子系統(tǒng)、三級子系統(tǒng)出水依次變好。其中一半的COD是在一級子系統(tǒng)階段得到去除。

一級子系統(tǒng)階段的去除率與單段式進(jìn)水同負(fù)荷進(jìn)水條件的相差很小，二級子系統(tǒng)階段由于補(bǔ)充了一部分進(jìn)水，使其總的去除率有所降低，但考慮到進(jìn)水的原因，二級子系統(tǒng)仍然發(fā)揮了像一級子系統(tǒng)一樣的效果，有效地分擔(dān)了COD的污染負(fù)荷。同時三級子系統(tǒng)末端的出水并沒有因為總進(jìn)水負(fù)荷的提高而降低，容積負(fù)荷由表層單一進(jìn)水的0.13 kg/（m2·d）提高到分段進(jìn)水的0.23 kg/（m2·d）。

2.2氨態(tài)氮的運(yùn)行結(jié)果

由圖3可知，分段進(jìn)水正常運(yùn)行階段系統(tǒng)整體NH+4-N進(jìn)水濃度為86～108 mg/L，平均濃度為98.1 mg/L，出水濃度在2.4～4.0 mg/L之間，平均濃度為3.3 mg/L，平均容積負(fù)荷為123.2 g/（m2·d），穩(wěn)定后的出水均能滿足GB 18918—2002《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》一級A標(biāo)準(zhǔn)。NH+4-N累計去除率在95.8%～97.3%之間，平均去除率為96.7%。其中，一級子系統(tǒng)平均累計去除率為467%，一、二級子系統(tǒng)平均累計去除率為69.0%，二級子系統(tǒng)凈去除率為22.3%，一、二、三級子系統(tǒng)平均累計去除率為967%，三級子系統(tǒng)凈去除率為27.7%。一級子系統(tǒng)、二級子系統(tǒng)、三級子系統(tǒng)出水依次變好。其中接近一半的NH+4-N是在一級子系統(tǒng)階段得到去除。endprint

分段進(jìn)水后，一級子系統(tǒng)階段的出水濃度與單段式進(jìn)水同水力負(fù)荷條件下進(jìn)水相差不大，二級子系統(tǒng)階段由于補(bǔ)充了一部分原水，所以二級子系統(tǒng)末端的出水濃度較單段式進(jìn)水有所提高，由于二級子系統(tǒng)階段復(fù)氧的優(yōu)勢，保證了很好的去除率，雖然總的進(jìn)水負(fù)荷提高了，容積負(fù)荷由單段進(jìn)水時的 7607 g/（m2·d） 提高到分段進(jìn)水123.2 g/（m2·d），但其最終的出水濃度并沒有明顯比單段進(jìn)水下降，主要是由于在三級階段氨化細(xì)菌、硝化細(xì)菌、反硝化細(xì)菌數(shù)量均保持了一個較高的水平，充分地發(fā)揮了分段式結(jié)構(gòu)的復(fù)氧優(yōu)勢，所以使其最終的去除率維持在96.7%左右。

2.3總氮的運(yùn)行結(jié)果

由圖4可知，分段進(jìn)水正常運(yùn)行階段系統(tǒng)整體總氮進(jìn)水濃度為95～121 mg/L，出水濃度為35.6～44.0 mg/L，平均濃度為38.9 mg/L，穩(wěn)定后出水均不能滿足GB18918—2002《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》一級B標(biāo)準(zhǔn)?？偟コ试?0.1%～66.1%之間，累計平均去除率為63.8%。其中，一級子系統(tǒng)平均去除率為16.5%，一、二級子系統(tǒng)平均累計去除率為32.7%，二級子系統(tǒng)凈去除率為16.2%，一、二、三級子系統(tǒng)平均累計去除率為638%，三級子系統(tǒng)凈去除率為31.1%。一級子系統(tǒng)、二級子系統(tǒng)、三級子系統(tǒng)出水依次變好。其中去除的總氮中近50%是在三級子系統(tǒng)階段實現(xiàn)的。

分段進(jìn)水后，一級子系統(tǒng)階段的出水濃度與表層單一進(jìn)水同水力負(fù)荷條件下變化不大，二級子系統(tǒng)階段由于補(bǔ)充了一部分原水，所以二級子系統(tǒng)末端的出水濃度較表層單一進(jìn)水有所提高，三級子系統(tǒng)階段由于進(jìn)入三級子系統(tǒng)的COD濃度有所提高，增加了進(jìn)水的C/N比值，分段進(jìn)水后平均C/N

比值由原來的0.83提高到1.1，增加了近30%，同時三級子系統(tǒng)內(nèi)獨特的兼氧環(huán)境促進(jìn)了系統(tǒng)內(nèi)反硝化作用的提升，但是由于C/N比值較理想的完全反硝化數(shù)值相差仍然較大，導(dǎo)致系統(tǒng)總氮的去除效率不是很理想。因此，采取分段進(jìn)水后系統(tǒng)的有機(jī)負(fù)荷和水力負(fù)荷均不同程度的提高，而出水的水質(zhì)較單段進(jìn)水時并沒有大的變化，充分說明人工快速滲濾系統(tǒng)采用分段式結(jié)構(gòu)后，即可發(fā)揮原有的優(yōu)勢，同時還可以增加復(fù)氧，增大有機(jī)負(fù)荷，在保證出水水質(zhì)的條件下相應(yīng)地減少了人工快速滲濾系統(tǒng)的占地面積，具有較好的實際工程應(yīng)用價值。

3結(jié)論

一級子系統(tǒng)表層和二級子系統(tǒng)表層分別以1 m/d和 0.3 m/d 水力負(fù)荷進(jìn)水時，COD負(fù)荷提高到0.23 kg/（m2·d），去除率為84.6%。氨態(tài)氮負(fù)荷提高到123.2 g/（m2·d），去除率為96.7%。出水中COD、NH+4-N的濃度都能滿足 GB 18918—2002 《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》一級A標(biāo)準(zhǔn)。同時，總氮的去除率為63.8%。

參考文獻(xiàn)：

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[8]康愛彬，楊雅雯，王守偉，等. 三級串聯(lián)人工快速滲濾系統(tǒng)處理養(yǎng)殖廢水[J]. 環(huán)境工程學(xué)報，2009，3（3）：475-478.

[9]康愛彬，祝明，王守偉，等. 人工快速滲濾系統(tǒng)處理模擬養(yǎng)殖廢水的研究[J]. 中國給水排水，2009，25（19）：65-67.

[10]謝宇軒，康愛彬，李明，等. 三級人工快速滲濾系統(tǒng)脫氮效果及菌種分布分析[J]. 環(huán)境工程學(xué)報，2010，4（6）：1271-1275.雷鈞鎰，李猛，馬旭洲，等. 青萍對富營養(yǎng)化水體氮、磷的去除效果[J]. 江蘇農(nóng)業(yè)科學(xué)，2014，42（1）：325-328.endprint

分段進(jìn)水后，一級子系統(tǒng)階段的出水濃度與單段式進(jìn)水同水力負(fù)荷條件下進(jìn)水相差不大，二級子系統(tǒng)階段由于補(bǔ)充了一部分原水，所以二級子系統(tǒng)末端的出水濃度較單段式進(jìn)水有所提高，由于二級子系統(tǒng)階段復(fù)氧的優(yōu)勢，保證了很好的去除率，雖然總的進(jìn)水負(fù)荷提高了，容積負(fù)荷由單段進(jìn)水時的 7607 g/（m2·d） 提高到分段進(jìn)水123.2 g/（m2·d），但其最終的出水濃度并沒有明顯比單段進(jìn)水下降，主要是由于在三級階段氨化細(xì)菌、硝化細(xì)菌、反硝化細(xì)菌數(shù)量均保持了一個較高的水平，充分地發(fā)揮了分段式結(jié)構(gòu)的復(fù)氧優(yōu)勢，所以使其最終的去除率維持在96.7%左右。

2.3總氮的運(yùn)行結(jié)果

由圖4可知，分段進(jìn)水正常運(yùn)行階段系統(tǒng)整體總氮進(jìn)水濃度為95～121 mg/L，出水濃度為35.6～44.0 mg/L，平均濃度為38.9 mg/L，穩(wěn)定后出水均不能滿足GB18918—2002《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》一級B標(biāo)準(zhǔn)。總氮去除率在60.1%～66.1%之間，累計平均去除率為63.8%。其中，一級子系統(tǒng)平均去除率為16.5%，一、二級子系統(tǒng)平均累計去除率為32.7%，二級子系統(tǒng)凈去除率為16.2%，一、二、三級子系統(tǒng)平均累計去除率為638%，三級子系統(tǒng)凈去除率為31.1%。一級子系統(tǒng)、二級子系統(tǒng)、三級子系統(tǒng)出水依次變好。其中去除的總氮中近50%是在三級子系統(tǒng)階段實現(xiàn)的。

分段進(jìn)水后，一級子系統(tǒng)階段的出水濃度與表層單一進(jìn)水同水力負(fù)荷條件下變化不大，二級子系統(tǒng)階段由于補(bǔ)充了一部分原水，所以二級子系統(tǒng)末端的出水濃度較表層單一進(jìn)水有所提高，三級子系統(tǒng)階段由于進(jìn)入三級子系統(tǒng)的COD濃度有所提高，增加了進(jìn)水的C/N比值，分段進(jìn)水后平均C/N

比值由原來的0.83提高到1.1，增加了近30%，同時三級子系統(tǒng)內(nèi)獨特的兼氧環(huán)境促進(jìn)了系統(tǒng)內(nèi)反硝化作用的提升，但是由于C/N比值較理想的完全反硝化數(shù)值相差仍然較大，導(dǎo)致系統(tǒng)總氮的去除效率不是很理想。因此，采取分段進(jìn)水后系統(tǒng)的有機(jī)負(fù)荷和水力負(fù)荷均不同程度的提高，而出水的水質(zhì)較單段進(jìn)水時并沒有大的變化，充分說明人工快速滲濾系統(tǒng)采用分段式結(jié)構(gòu)后，即可發(fā)揮原有的優(yōu)勢，同時還可以增加復(fù)氧，增大有機(jī)負(fù)荷，在保證出水水質(zhì)的條件下相應(yīng)地減少了人工快速滲濾系統(tǒng)的占地面積，具有較好的實際工程應(yīng)用價值。

3結(jié)論

一級子系統(tǒng)表層和二級子系統(tǒng)表層分別以1 m/d和 0.3 m/d 水力負(fù)荷進(jìn)水時，COD負(fù)荷提高到0.23 kg/（m2·d），去除率為84.6%。氨態(tài)氮負(fù)荷提高到123.2 g/（m2·d），去除率為96.7%。出水中COD、NH+4-N的濃度都能滿足 GB 18918—2002 《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》一級A標(biāo)準(zhǔn)。同時，總氮的去除率為63.8%。

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[10]謝宇軒，康愛彬，李明，等. 三級人工快速滲濾系統(tǒng)脫氮效果及菌種分布分析[J]. 環(huán)境工程學(xué)報，2010，4（6）：1271-1275.雷鈞鎰，李猛，馬旭洲，等. 青萍對富營養(yǎng)化水體氮、磷的去除效果[J]. 江蘇農(nóng)業(yè)科學(xué)，2014，42（1）：325-328.endprint

分段進(jìn)水后，一級子系統(tǒng)階段的出水濃度與單段式進(jìn)水同水力負(fù)荷條件下進(jìn)水相差不大，二級子系統(tǒng)階段由于補(bǔ)充了一部分原水，所以二級子系統(tǒng)末端的出水濃度較單段式進(jìn)水有所提高，由于二級子系統(tǒng)階段復(fù)氧的優(yōu)勢，保證了很好的去除率，雖然總的進(jìn)水負(fù)荷提高了，容積負(fù)荷由單段進(jìn)水時的 7607 g/（m2·d） 提高到分段進(jìn)水123.2 g/（m2·d），但其最終的出水濃度并沒有明顯比單段進(jìn)水下降，主要是由于在三級階段氨化細(xì)菌、硝化細(xì)菌、反硝化細(xì)菌數(shù)量均保持了一個較高的水平，充分地發(fā)揮了分段式結(jié)構(gòu)的復(fù)氧優(yōu)勢，所以使其最終的去除率維持在96.7%左右。

2.3總氮的運(yùn)行結(jié)果

由圖4可知，分段進(jìn)水正常運(yùn)行階段系統(tǒng)整體總氮進(jìn)水濃度為95～121 mg/L，出水濃度為35.6～44.0 mg/L，平均濃度為38.9 mg/L，穩(wěn)定后出水均不能滿足GB18918—2002《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》一級B標(biāo)準(zhǔn)?？偟コ试?0.1%～66.1%之間，累計平均去除率為63.8%。其中，一級子系統(tǒng)平均去除率為16.5%，一、二級子系統(tǒng)平均累計去除率為32.7%，二級子系統(tǒng)凈去除率為16.2%，一、二、三級子系統(tǒng)平均累計去除率為638%，三級子系統(tǒng)凈去除率為31.1%。一級子系統(tǒng)、二級子系統(tǒng)、三級子系統(tǒng)出水依次變好。其中去除的總氮中近50%是在三級子系統(tǒng)階段實現(xiàn)的。

分段進(jìn)水后，一級子系統(tǒng)階段的出水濃度與表層單一進(jìn)水同水力負(fù)荷條件下變化不大，二級子系統(tǒng)階段由于補(bǔ)充了一部分原水，所以二級子系統(tǒng)末端的出水濃度較表層單一進(jìn)水有所提高，三級子系統(tǒng)階段由于進(jìn)入三級子系統(tǒng)的COD濃度有所提高，增加了進(jìn)水的C/N比值，分段進(jìn)水后平均C/N

比值由原來的0.83提高到1.1，增加了近30%，同時三級子系統(tǒng)內(nèi)獨特的兼氧環(huán)境促進(jìn)了系統(tǒng)內(nèi)反硝化作用的提升，但是由于C/N比值較理想的完全反硝化數(shù)值相差仍然較大，導(dǎo)致系統(tǒng)總氮的去除效率不是很理想。因此，采取分段進(jìn)水后系統(tǒng)的有機(jī)負(fù)荷和水力負(fù)荷均不同程度的提高，而出水的水質(zhì)較單段進(jìn)水時并沒有大的變化，充分說明人工快速滲濾系統(tǒng)采用分段式結(jié)構(gòu)后，即可發(fā)揮原有的優(yōu)勢，同時還可以增加復(fù)氧，增大有機(jī)負(fù)荷，在保證出水水質(zhì)的條件下相應(yīng)地減少了人工快速滲濾系統(tǒng)的占地面積，具有較好的實際工程應(yīng)用價值。

3結(jié)論

一級子系統(tǒng)表層和二級子系統(tǒng)表層分別以1 m/d和 0.3 m/d 水力負(fù)荷進(jìn)水時，COD負(fù)荷提高到0.23 kg/（m2·d），去除率為84.6%。氨態(tài)氮負(fù)荷提高到123.2 g/（m2·d），去除率為96.7%。出水中COD、NH+4-N的濃度都能滿足 GB 18918—2002 《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》一級A標(biāo)準(zhǔn)。同時，總氮的去除率為63.8%。

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