改进型MST-人工湿地组合工艺处理分散生活污水的研究

张志芳，陈立爱，侯红勋，张 静，杨引浩（.安徽建筑大学环境与能源工程学院，合肥3060；.安徽国祯环保节能科技股份有限公司，合肥 300889）



改进型MST-人工湿地组合工艺处理分散生活污水的研究

张志芳1，陈立爱1，侯红勋2，张 静2，杨引浩1
（1.安徽建筑大学环境与能源工程学院，合肥2306011；2.安徽国祯环保节能科技股份有限公司，合肥 2300889）

摘要：在温室型MST装置中加入人工浮岛构成生态/生物一体化装置，出水经过人工湿地深度处理，将此组合工艺用于分散生活污水处理中，研究其可行性。研究发现当COD、NH4+-N、TN进水浓度分别为323.46mg/L、25.98mg/L、34.57mg/L时，出水浓度分别为28.79mg/L、0.93mg/L、9.65mg/L，平均去除率分别为89%、96%、72%，达到了《城镇污水出水处理厂污染物排放标准》一级A标的标准，证明了该工艺的可行性。

关键词：MST ；生物接触氧化 ；人工浮岛；人工湿地；生物/生态

0　引　言

MST（Mini Sewage Treatment）是针对小城镇分散生活污水而研发出的新型一体化处理装置，该装置将装有悬浮式填料的模块和弹性悬挂式填料的新型气提反应模块淹没在曝气池内，将不同的物理、生化反应过程置于同一反应器内形成一个完整的处理系统。该一体化装置简化了传统的接触氧化工艺，污泥产量小，运行稳定，管理方便，占地面积小，对氨氮和COD的处理效果比较好，但对总氮的处理能力有限［1-3］。本试验是在MST装置的基础上进行了改进，将一体化装置进行保温，并且与人工浮岛生态处理技术及人工湿地深度处理工艺相结合，研究改进装置对污水的处理效果，为后期装置的实际推广应用提供技术借鉴。

1　进水水质及水量

本试验在合肥市经开区污水处理厂进行，旋流沉砂池出水虹吸流入装置的预反应区，通过管道上的阀门及转子流量计控制进水量，每天上午9：00-17：00为300L/h，17：00-次日9：00为180L/h，COD、NH4+-N、TN均值分别为323.46mg/L、25.98mg/L、34.57mg/L。

2　试验装置及运行参数的控制

本试验采用MST（Mini Sewage Treatment）即“小型污水处理”中试装置+人工湿地处理工艺，该装置是以生化处理为基础，由预反应区、悬浮填料反应区和气提反应区组成的生物接触氧化与生物流化床结合的一体化处理设备，装置如下图1所示，材质为不锈钢，池壁内设插板槽，通过改变插板的位置可以调节装置的运行工况。装置外加盖阳光房，阳光房尺寸为8m×5m×5m，骨架为铝合金，主体采用PC阳光板，通风采用自然通风即在温室四周开设通风窗，在温度较低时关闭通风窗对装置进行一定的保温。

图1　实验装置构造图

①预反应区：装置外形尺寸为100cm×149cm×144cm，有效容积为1.64m³ ，装置内部放置0.5m³的粒状柱悬浮填料、穿孔曝气管一根，填料上部设置人工浮床16个，种植菖蒲、水葱、千屈菜等水生植物。

②悬浮填料反应区：装置外形尺寸140cm×149cm×144cm，有效容积为2.29m³；内部设置悬浮反应模块，模块内部为0.6m³的柱状悬浮填料（Φ×H=25mm×12mm），模块下方设置3根管式曝气器（Φ×L=63mm× 500mm）；试验中控制气水比为10：1。

③气提反应区：装置外形尺寸210cm ×149cm×144cm，有效容积为3.44m³ ；装置内部设置一气提反应模块，外形尺寸为173cm×125cm×115cm，气提模块出水侧设置一段45°的斜坡以便污泥滑落，气提区下方装有悬挂式YDT型弹性立体填料，填料的体积为1.5m³，填充高度为0.7m，内部安装曝气器1个，实验中气水比为17.1：1，空气提升器距池底0.3m，由空气管、扬水管、溅水盘、导流板等组成；气提模块上方设置人工浮岛12个，里面种植旱伞草、美人蕉、番茄树等水生植物［4］。

④湿地系统：该试验采用垂直复合潜流型人工湿地，填料选择碎石和砾石，且分两级处理，第一级为下向流内部种植美人蕉，第二级为上向流内部种植芦苇，单级有效尺寸为320cm×400cm×125cm，有效水深为0.95m，两级出水端分别设置取样渠，总宽度为1m。

3　分析和检测方法

试验过程中COD、NH4+-N、TN、TP含量的测定均按《水和废水监测分析方法》（第4版）测定，其中COD采用快速密闭催化消解法，TN采用过硫酸钾氧化-紫外分光光度法，NH4+-N采用纳氏试剂分光光度法。

4　试验结果与讨论

试验装置采用合肥经开区水厂氧化沟里面的活性污泥进行接种，经过15～20d的驯化，待出水稳定后，使装置连续稳定运行，固定时刻去采样检测，装置的去除效果见下图2-7所示：

图2　进水量为180L/h时NH4＋-N的去除效果

图3　进水量为300L/h时NH4＋-N的去除效果

由图2与3可知，进水NH4+-N浓度晚上较白天小但波动大，当NH4+-N进水浓度较高时，装置出水NH4+-N浓度也会有所升高，去除率也会随之下降，这是由于装置内的硝化菌在进水负荷增大时，需要一定的适应阶段，但装置对NH4+-N的平均去除率≥80%，经过湿地的深度处理之后NH4+-N出水浓度基本≤2mg/L左右，NH4+-N整体的平均去除率≥90%，出水达到了城镇污水处理厂一级A标准。

图4　进水量为180L/h时COD的去除效果

由图4与5可知，在水厂进水COD浓度波动较大的情况下，装置出水和总出水COD浓度都比较稳定，可见该组合工艺具有很强的抗冲击负荷能力。装置的平均去除率≥70%，总去除率≥85%，出水水质也稳定在一级A标准之上。

许航等［5］在只用气提式氧化装置的情况下研究其对生活污水的处理效果，研究表明在气水比为16.8：1、水力负荷为4.8m³/（m³.d）的条件下，对COD和NH4+-N的平均去除率也达到了80.1%和58%，且装置的出水稳定、抗冲击负荷强。穆玉均等［6］在8～15℃温度较低的情况下发现气提式接触氧化反应器挂膜成功后对COD、NH4+-N的去除率平均为83.1%和69.9%，出水COD、NH4+-N都能达到一级A标准，显示出了气提氧化装置对低温环境的适应性。

同时王鹤霏等［7］的实验结果也表明，人工浮岛对景观水体中氮、磷和COD的去除也有明显的效果。近年来人们对人工浮岛降解水体中污染物的研究越来越重视，其中邓志强［8］认为人工浮岛对污染物的去除机制主要有三个方面：1）植物吸收 植物通过吸收污水中的氮磷供其自身的生长，将植物收割后氮磷便从水体中去除；2）微生物生化作用 浮床下面生长着大量细菌、真菌、原生动物等微生物，且植物根系也为微生物的附着提供了良好的载体，微生物在进行新陈代谢时将水中的污染物去除。植物的光合作用提高了根系处溶解氧的含量，使微生物的硝化反应得以进行，将水中的氨氮和有机氮转化为硝态氮，在溶解氧较低处，微生物进行反硝化反应，将硝态氮还原为为氮气完成脱氮；3）物理作用 在植物根系表面进行的吸附、离子交换、络合等作用，将水体中的胶体沉淀下来，同时浮床可以减缓进水流速减小水体扰动，污水中较大的颗粒物便沉入反应器底部，进而降低污水中的SS浓度。

潘志勇［9］通过将美人蕉、灯芯草、菖蒲等多种植物进行组合构建人工浮岛，并研究了在动态条件下其对生活污水中氮磷的去除效果，结果显示当停留时间为7d时，TN、NH4+-N、TP的平均去除率为66.4%、79.6%、78.1%，证明了组合植物的人工浮岛在污水处理中具有良好的应用前景。

由于装置缺乏好氧缺氧交替的环境，使得反硝化细菌不能成为优势菌种反硝化脱氮，因此装置对TN的去除主要依靠植物根系的吸收、附着在植物根系及填料的生物膜内部存在的反硝化作用，所以TN的平均去除率只有40%。详见下图6与7所示：

图6　进水量为180L/h时TN的去除效果

图7　进水量为300L/h时TN的去除效果

人工湿地对氮的去除主要有植物的吸收，基质的吸附、过滤、沉淀以及微生物的硝化和反硝化作用，其中微生物生化作用是湿地脱氮的主要途径。湿地水面表层的溶解氧含量较高，基质底层含氧量较低，在水流从下向流到上向流的过程中微生物的作用也从硝化作用占主导变成了反硝化作用占主导，反硝化菌最终将硝态氮转化成氮气加以释放，从而达到脱氮的目的。水流进入湿地后NH4+-N和COD的去除率没有显著的变化，而TN的去除率得到了明显的提高，平均去除率从40%提高到72%，实现了总氮出水达到一级A标准的要求［10］。虽然在人工湿地系统中微生物的硝化与反硝化作用占主导，但基质与植物的类型对氮磷的去除也有影响，因此为提高污水中氮磷的去除效率我们也要根据环境选择适合的植物，最大可能的发挥人工湿地的处理作用［11］。马琳等［12］也认为采用生物/生态+人工湿地这种投资低、运行稳定、管理维护方便的组合技术是解决中国农村污水处理的主要途径。

5　结论

（1）MST装置对NH4+-N、COD的去除率都≥80%，对总氮的平均去除率为40%，与人工湿地组合后，出水NH4+-N、COD的平均去除率分别为98%、90%，总氮的平均去除率上升到72%，出水均到了《城镇污水处理厂污染物排放标准》一级A标准。

（2）温室能保证处理装置在冬季夜间的温度在8～15℃，使人工浮岛中的植物和水中的微生物能有较高的活性，确保出水水质稳定，与人工湿地相结合，整个工艺抗冲击负荷能力强，尤其是针对分散生活污水水质、水量变化大的特点，该工艺具有良好的适应性。

参考文献

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［5］许航，陈卫.气提式接触氧化法处理生活污水的研究［J］.中国给水排水，2007，23（5）：90-96.

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［8］邓志强.人工浮床净化污染水体中氮磷的研究［D］.北京：中国科学院大学，2013.

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［12］马琳，贺锋.我国农村生活污水组合处理技术研究进展［J］. 水处理技术，2014，40（10）：1-5.

Study on decentralized domestic sewage treatment by integrating theimproved MST and artificial wetland

ZHANG Zhifang1，CHEN Liai1，HOU Hongxun2，ZHANG Jing2，YANG Yinhao1
（1..School of Environment and Energy Engineering ，Anhui JianzhuUniversity，Hefei 230601，China；2.Anhui Guozhen Environmental Protection Science and Technology co ，Ltd.， Hefei 230088，China）

Abstract：The biological ecological integrated device is formed after putting artificial floating island into the greenhouse-like MST integrated device ，and the effuent of it fows through the constructed wetlands which is to achieve advanced treatment，In order to prove whether it is feasible ，this process is used to treat the decentralized domestic sewage.The study finds out that when the influent concentration of COD、NH4+-N、TN is 323.46mg/ L、25.98mg/L、34.57mg/L，the effluent concentration of COD、NH4+-N、TN is 28.79mg/L、0.93mg/L、9.65mg/ L respectively ，the average removal rate can achieve 89%、96%、72% separately reaching the A level of discharge standard of pollutants for municipal wastewater treatment ，which demonstrates that the process is viable.

Keywords：MST； bio-contact oxidation； Artificial floating island； constructed wetlands； Biological ecological integrated device

作者简介：张志芳（1991-），女，硕士研究生，主要研究方向为污水处理理论与研究。

收稿日期2015-06-08

DOI:10.11921/j.issn.2095-8382.20160213

中图分类号：X703.1

文献标识码：A

文章编号：2095-8382（2016）02-065-05