分段进水三级串联人工快速渗滤系统处理高氨态氮生活污水

康爱彬　宗慧敏　霍鹏　陈鸿汉

摘要：以校园学生生活区高氨态氮生活污水为研究对象，采用分段进水三级串联人工快速渗滤系统对污染物的去除效果进行研究。试验结果显示：一级子系统表层和二级子系统表层分别以1 m/d和0.3 m/d水力负荷进水时，COD负荷提高到0.23 kg/（m2·d），去除率为84.6%；氨态氮负荷提高到123.2 g/（m2·d），NH+4-N去除率为96.7%；出水中COD、NH+4-N的浓度都能满足《城镇污水处理厂污染物综合排放标准》（GB18918-2002）一级A标准。总氮的去除率为63.8%，C/N比值由原来的0.83提高到1.10，C/N比值的提高主要是因为总氮去除率明显提高了。与单段进水相比，分段进水可以发挥三级串联人工快速渗滤系统的优势，提高水力负荷，相应地减少占地面积。

关键词：三级串联人工快速渗滤系统；高氨态氮生活污水；分段进水

中图分类号： X703文献标志码： A文章编号：1002-1302（2014）01-0323-02

收稿日期：2013-05-05

基金项目：河北省科技支撑计划（编号：12273602）；河北省教育厅资助项目（编号：Z2011301）

作者简介：康爱彬（1981—），男，安徽蒙城人，博士，讲师，主要从事水污染控制研究。Tel：（0311）85113078；E-mail：kabcugb@163.com。人工快速渗滤系统（Constructed Rapid Infiltration，简称CRI）是在传统的污水土地处理系统上发展起来的一种新的生物处理方法，具有处理效果好，投资少，管理方便，操作简单，运行费用较低等优点[1-4]。近年来我国对人工快速渗滤系统进行了研究比较，并有实际工程应用[5-7]。笔者采用三级串联人工快速渗滤系统对高氨态氮生活污水和模拟养殖废水进行了研究，虽然三级串联人工快速渗滤系统对污染物的去除效果较传统人工快速渗滤系统有不同程度的提高，但是由于第一级子系统的停留时间较短，通常25 min左右就已出水，并没有发挥其复氧效果好，能分担污染物负荷的优势。当水力负荷大于 1.2 m/d 时，三级串联人工快速渗滤系统对污染物的去除率明显下降，出水已不能满足一级A的标准[8-10]。因此，为了最大程度地发挥三级串联人工快速渗滤系统的优势，进行分段进水处理高氨态氮生活污水研究，考察分段进水对污染物的去除效果。

1材料与方法

1.1生活污水

试验进水来自校园学生生活区化粪池，主要来源于学生宿舍的洗漱、冲厕以及其他用水，试验废水水质指标为：COD：382.3～794.8 mg/L；氨态氮：103.9～174.4 mg/L；NO2--N：0～0.97mg/L；NO3--N：0～0.52 mg/L；总氮：119.9～175.3 mg/L，属于典型的高氨态氮生活污水。生活污水经过微曝气后进入人工快速渗滤系统。试验中的进水即经过微曝气后的生活污水。

1.2试验设计

本试验采用的工艺流程见图1。

三级串联人工快速渗滤系统装置由内径为200 mm的 PVC管制成，下部1 m设为饱水层。填料采用中沙，所选用的中沙粒径为0.4～1.2 mm，d10=0.25 mm，不均匀系数=312，并混有少量大理石补充碱度。保护高0.4 m，距顶部 01 m 处为溢流口，一、二级子系统介质厚度均为0.5 m，三级子系统介质厚度为1.0 m，介质总高度为2.0 m。一、二级子系统中间以及二、三级子系统中间均有0.2 m高的通气层。进水总水力负荷为1.3 m/d，其中一级子系统表层进水水力负荷为 1.0 m/d，二级子系统表层进水水力负荷为0.3 m/d。每天进水4次，水力负荷周期为6 h，湿干比为1 ∶5，间隔2～3 d定时取1次样。

1.3分析项目及方法

试验分析项目包括COD、NH+4-N、总氮等。检测分析项目均采用国家标准方法。

2结果与分析

2.1COD运行结果分析

分段进水COD运行结果见图2。由图2可知，正常运行阶段系统整体COD进水浓度为176～260 mg/L，平均浓度为211.4 mg/L，COD负荷为0.23 kg/（m2·d），出水浓度为27～39 mg/L，平均浓度为31.8 mg/L，出水均能满足GB 18918—2002《城镇污水处理厂污染物综合排放标准》一级A标准。COD累计去除率在81.8%～89.2%之间，平均累计去除率为84.6%。其中，一级子系统平均累计去除率为53.1%，一、二级子系统平均累计去除率为62.1%，二级子系统净去除率为9.0%，一、二、三级子系统平均累计去除率为84.6%，三级子系统净去除率为22.5 %。一级子系统、二级子系统、三级子系统出水依次变好。其中一半的COD是在一级子系统阶段得到去除。

一级子系统阶段的去除率与单段式进水同负荷进水条件的相差很小，二级子系统阶段由于补充了一部分进水，使其总的去除率有所降低，但考虑到进水的原因，二级子系统仍然发挥了像一级子系统一样的效果，有效地分担了COD的污染负荷。同时三级子系统末端的出水并没有因为总进水负荷的提高而降低，容积负荷由表层单一进水的0.13 kg/（m2·d）提高到分段进水的0.23 kg/（m2·d）。

2.2氨态氮的运行结果

由图3可知，分段进水正常运行阶段系统整体NH+4-N进水浓度为86～108 mg/L，平均浓度为98.1 mg/L，出水浓度在2.4～4.0 mg/L之间，平均浓度为3.3 mg/L，平均容积负荷为123.2 g/（m2·d），稳定后的出水均能满足GB 18918—2002《城镇污水处理厂污染物综合排放标准》一级A标准。NH+4-N累计去除率在95.8%～97.3%之间，平均去除率为96.7%。其中，一级子系统平均累计去除率为467%，一、二级子系统平均累计去除率为69.0%，二级子系统净去除率为22.3%，一、二、三级子系统平均累计去除率为967%，三级子系统净去除率为27.7%。一级子系统、二级子系统、三级子系统出水依次变好。其中接近一半的NH+4-N是在一级子系统阶段得到去除。endprint

分段进水后，一级子系统阶段的出水浓度与单段式进水同水力负荷条件下进水相差不大，二级子系统阶段由于补充了一部分原水，所以二级子系统末端的出水浓度较单段式进水有所提高，由于二级子系统阶段复氧的优势，保证了很好的去除率，虽然总的进水负荷提高了，容积负荷由单段进水时的 7607 g/（m2·d） 提高到分段进水123.2 g/（m2·d），但其最终的出水浓度并没有明显比单段进水下降，主要是由于在三级阶段氨化细菌、硝化细菌、反硝化细菌数量均保持了一个较高的水平，充分地发挥了分段式结构的复氧优势，所以使其最终的去除率维持在96.7%左右。

2.3总氮的运行结果

由图4可知，分段进水正常运行阶段系统整体总氮进水浓度为95～121 mg/L，出水浓度为35.6～44.0 mg/L，平均浓度为38.9 mg/L，稳定后出水均不能满足GB18918—2002《城镇污水处理厂污染物综合排放标准》一级B标准。总氮去除率在60.1%～66.1%之间，累计平均去除率为63.8%。其中，一级子系统平均去除率为16.5%，一、二级子系统平均累计去除率为32.7%，二级子系统净去除率为16.2%，一、二、三级子系统平均累计去除率为638%，三级子系统净去除率为31.1%。一级子系统、二级子系统、三级子系统出水依次变好。其中去除的总氮中近50%是在三级子系统阶段实现的。

分段进水后，一级子系统阶段的出水浓度与表层单一进水同水力负荷条件下变化不大，二级子系统阶段由于补充了一部分原水，所以二级子系统末端的出水浓度较表层单一进水有所提高，三级子系统阶段由于进入三级子系统的COD浓度有所提高，增加了进水的C/N比值，分段进水后平均C/N

比值由原来的0.83提高到1.1，增加了近30%，同时三级子系统内独特的兼氧环境促进了系统内反硝化作用的提升，但是由于C/N比值较理想的完全反硝化数值相差仍然较大，导致系统总氮的去除效率不是很理想。因此，采取分段进水后系统的有机负荷和水力负荷均不同程度的提高，而出水的水质较单段进水时并没有大的变化，充分说明人工快速渗滤系统采用分段式结构后，即可发挥原有的优势，同时还可以增加复氧，增大有机负荷，在保证出水水质的条件下相应地减少了人工快速渗滤系统的占地面积，具有较好的实际工程应用价值。

3结论

一级子系统表层和二级子系统表层分别以1 m/d和 0.3 m/d 水力负荷进水时，COD负荷提高到0.23 kg/（m2·d），去除率为84.6%。氨态氮负荷提高到123.2 g/（m2·d），去除率为96.7%。出水中COD、NH+4-N的浓度都能满足 GB 18918—2002 《城镇污水处理厂污染物综合排放标准》一级A标准。同时，总氮的去除率为63.8%。

参考文献：

[1]何江涛，钟佐燊，汤鸣皋，等. 人工构建快速渗滤系统污水处理系统的实验[J]. 中国环境科学，2002，22（3）：239-243.

[2]何江涛，钟佐燊，汤鸣皋，等. 解决污水快速渗滤土地处理系统占地突出新方法[J]. 现代地质，2001，15（3）：339-345.

[3]Belinda E H，Fletcher T D，Deletic A. Treatment performance of gravel filter media：Implications for design and application of storm water infiltration systems[J]. Water Research，2007，41：2513-2524.

[4]Leverenz H L，Tchobanoglous G，Darby J L. Clogging in intermittently dosed sand filters used for wastewater treatment[J]. Water Research，2009，43（3）：695-705.

[5]张金炳，黄培鸿，杨小毛，等. 东莞华兴电器厂生活污水人工快速渗滤处理系统[J]. 环境工程，2003，21（6）：32-35.

[6]李丽，陆兆华，王昊，等. 新型混合填料人工快速渗滤系统处理污染河水的试验研究[J]. 中国给水排水，2007，23（11）：86-89.

[7]牟新民，黄培鸿，张金炳，等. 人工快速渗滤处理深圳茅洲河水的实验研究[J]. 应用基础与工程科学学报，2003，11（4）：370-377.

[8]康爱彬，杨雅雯，王守伟，等. 三级串联人工快速渗滤系统处理养殖废水[J]. 环境工程学报，2009，3（3）：475-478.

[9]康爱彬，祝明，王守伟，等. 人工快速渗滤系统处理模拟养殖废水的研究[J]. 中国给水排水，2009，25（19）：65-67.

[10]谢宇轩，康爱彬，李明，等. 三级人工快速渗滤系统脱氮效果及菌种分布分析[J]. 环境工程学报，2010，4（6）：1271-1275.雷钧镒，李猛，马旭洲，等. 青萍对富营养化水体氮、磷的去除效果[J]. 江苏农业科学，2014，42（1）：325-328.endprint

分段进水后，一级子系统阶段的出水浓度与单段式进水同水力负荷条件下进水相差不大，二级子系统阶段由于补充了一部分原水，所以二级子系统末端的出水浓度较单段式进水有所提高，由于二级子系统阶段复氧的优势，保证了很好的去除率，虽然总的进水负荷提高了，容积负荷由单段进水时的 7607 g/（m2·d） 提高到分段进水123.2 g/（m2·d），但其最终的出水浓度并没有明显比单段进水下降，主要是由于在三级阶段氨化细菌、硝化细菌、反硝化细菌数量均保持了一个较高的水平，充分地发挥了分段式结构的复氧优势，所以使其最终的去除率维持在96.7%左右。

2.3总氮的运行结果

由图4可知，分段进水正常运行阶段系统整体总氮进水浓度为95～121 mg/L，出水浓度为35.6～44.0 mg/L，平均浓度为38.9 mg/L，稳定后出水均不能满足GB18918—2002《城镇污水处理厂污染物综合排放标准》一级B标准。总氮去除率在60.1%～66.1%之间，累计平均去除率为63.8%。其中，一级子系统平均去除率为16.5%，一、二级子系统平均累计去除率为32.7%，二级子系统净去除率为16.2%，一、二、三级子系统平均累计去除率为638%，三级子系统净去除率为31.1%。一级子系统、二级子系统、三级子系统出水依次变好。其中去除的总氮中近50%是在三级子系统阶段实现的。

分段进水后，一级子系统阶段的出水浓度与表层单一进水同水力负荷条件下变化不大，二级子系统阶段由于补充了一部分原水，所以二级子系统末端的出水浓度较表层单一进水有所提高，三级子系统阶段由于进入三级子系统的COD浓度有所提高，增加了进水的C/N比值，分段进水后平均C/N

比值由原来的0.83提高到1.1，增加了近30%，同时三级子系统内独特的兼氧环境促进了系统内反硝化作用的提升，但是由于C/N比值较理想的完全反硝化数值相差仍然较大，导致系统总氮的去除效率不是很理想。因此，采取分段进水后系统的有机负荷和水力负荷均不同程度的提高，而出水的水质较单段进水时并没有大的变化，充分说明人工快速渗滤系统采用分段式结构后，即可发挥原有的优势，同时还可以增加复氧，增大有机负荷，在保证出水水质的条件下相应地减少了人工快速渗滤系统的占地面积，具有较好的实际工程应用价值。

3结论

一级子系统表层和二级子系统表层分别以1 m/d和 0.3 m/d 水力负荷进水时，COD负荷提高到0.23 kg/（m2·d），去除率为84.6%。氨态氮负荷提高到123.2 g/（m2·d），去除率为96.7%。出水中COD、NH+4-N的浓度都能满足 GB 18918—2002 《城镇污水处理厂污染物综合排放标准》一级A标准。同时，总氮的去除率为63.8%。

参考文献：

[1]何江涛，钟佐燊，汤鸣皋，等. 人工构建快速渗滤系统污水处理系统的实验[J]. 中国环境科学，2002，22（3）：239-243.

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[8]康爱彬，杨雅雯，王守伟，等. 三级串联人工快速渗滤系统处理养殖废水[J]. 环境工程学报，2009，3（3）：475-478.

[9]康爱彬，祝明，王守伟，等. 人工快速渗滤系统处理模拟养殖废水的研究[J]. 中国给水排水，2009，25（19）：65-67.

[10]谢宇轩，康爱彬，李明，等. 三级人工快速渗滤系统脱氮效果及菌种分布分析[J]. 环境工程学报，2010，4（6）：1271-1275.雷钧镒，李猛，马旭洲，等. 青萍对富营养化水体氮、磷的去除效果[J]. 江苏农业科学，2014，42（1）：325-328.endprint

分段进水后，一级子系统阶段的出水浓度与单段式进水同水力负荷条件下进水相差不大，二级子系统阶段由于补充了一部分原水，所以二级子系统末端的出水浓度较单段式进水有所提高，由于二级子系统阶段复氧的优势，保证了很好的去除率，虽然总的进水负荷提高了，容积负荷由单段进水时的 7607 g/（m2·d） 提高到分段进水123.2 g/（m2·d），但其最终的出水浓度并没有明显比单段进水下降，主要是由于在三级阶段氨化细菌、硝化细菌、反硝化细菌数量均保持了一个较高的水平，充分地发挥了分段式结构的复氧优势，所以使其最终的去除率维持在96.7%左右。

2.3总氮的运行结果

由图4可知，分段进水正常运行阶段系统整体总氮进水浓度为95～121 mg/L，出水浓度为35.6～44.0 mg/L，平均浓度为38.9 mg/L，稳定后出水均不能满足GB18918—2002《城镇污水处理厂污染物综合排放标准》一级B标准。总氮去除率在60.1%～66.1%之间，累计平均去除率为63.8%。其中，一级子系统平均去除率为16.5%，一、二级子系统平均累计去除率为32.7%，二级子系统净去除率为16.2%，一、二、三级子系统平均累计去除率为638%，三级子系统净去除率为31.1%。一级子系统、二级子系统、三级子系统出水依次变好。其中去除的总氮中近50%是在三级子系统阶段实现的。

分段进水后，一级子系统阶段的出水浓度与表层单一进水同水力负荷条件下变化不大，二级子系统阶段由于补充了一部分原水，所以二级子系统末端的出水浓度较表层单一进水有所提高，三级子系统阶段由于进入三级子系统的COD浓度有所提高，增加了进水的C/N比值，分段进水后平均C/N

比值由原来的0.83提高到1.1，增加了近30%，同时三级子系统内独特的兼氧环境促进了系统内反硝化作用的提升，但是由于C/N比值较理想的完全反硝化数值相差仍然较大，导致系统总氮的去除效率不是很理想。因此，采取分段进水后系统的有机负荷和水力负荷均不同程度的提高，而出水的水质较单段进水时并没有大的变化，充分说明人工快速渗滤系统采用分段式结构后，即可发挥原有的优势，同时还可以增加复氧，增大有机负荷，在保证出水水质的条件下相应地减少了人工快速渗滤系统的占地面积，具有较好的实际工程应用价值。

3结论

一级子系统表层和二级子系统表层分别以1 m/d和 0.3 m/d 水力负荷进水时，COD负荷提高到0.23 kg/（m2·d），去除率为84.6%。氨态氮负荷提高到123.2 g/（m2·d），去除率为96.7%。出水中COD、NH+4-N的浓度都能满足 GB 18918—2002 《城镇污水处理厂污染物综合排放标准》一级A标准。同时，总氮的去除率为63.8%。

参考文献：

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[8]康爱彬，杨雅雯，王守伟，等. 三级串联人工快速渗滤系统处理养殖废水[J]. 环境工程学报，2009，3（3）：475-478.

[9]康爱彬，祝明，王守伟，等. 人工快速渗滤系统处理模拟养殖废水的研究[J]. 中国给水排水，2009，25（19）：65-67.

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