某城市污水处理厂二级出水的人工湿地深度处理运行效果分析

戴杨叶

(上海市净化技术装备成套有限公司，上海 200120)

近年来，水体的富营养化现象日益严重，为了改善提高受纳水体的水环境质量，二级处理出水亟待深度处理。而人工湿地作为一种生态水处理技术，目前已在各种污水处理中得到广泛的应用[1]。其有着建造和运行费用低、易于维护、能耗低、美化环境等自身独特的优势，为二级处理出水水质的提高提供了更好的选择。

1 工程概况

该城市污水处理厂一期工程规模为5万m3/d，采用厂内倒置AAO+厂外人工湿地工艺，进水工业废水与生活污水的比例约为4∶6，厂内出水水质达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB 18918—2002)中一级B类标准。湿地出水水质达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB 18918—2002)中一级A类标准及《城市污水再生利用 景观环境用水》(GB/T 18921—2002)标准。尾水最终入海。污水厂2007年开工建设，整体工程于2010年完成竣工验收，投入运行。

1.1 设计进出水水质

该厂设计进出水水质如表1所示。

表1 设计进出水水质Tab.1 Designed Water Quality for Influent and Effluent

1.2 工艺流程

工艺流程如图1所示。进水经过粗格栅/进水泵房，由泵提升后进入细格栅/曝气沉砂池，沉砂池出水经重力进入生化池；然后在二沉池进行泥水分离，出水经过配水井进入厂外人工湿地，尾水通过次氯酸钠消毒后排放至受纳水体。

图1 工艺流程图Fig.1 Process Flow Chart

1.3 主要工艺参数

工艺参数如表2所示。

表2 倒置AAO及人工湿地设计参数Tab.2 Design Parameters of Inverted AAO and Constructed Wetland

(续表)

2 运行效果分析

该污水处理厂目前工艺运行基本稳定，根据实际测得的进出水统计数据分别对厂内出水及湿地排放的尾水进行分析，CODCr、BOD5、SS、NH3-N、TN和TP的进出水处理效果如下。

2.1 有机物的去除效果分析

由图2、图3可知，该厂进水CODCr及BOD5月均值波动较大，变化趋势相似，夏季进水浓度较低，冬季较高。

图2 CODCr处理效果Fig.2 Effect of CODCr Removal

12月～次年4月，进水CODCr月均值高于400 mg/L，CODCr及BOD5平均值为357 mg/L及145 mg/L。厂内出水CODCr及BOD5均值分别为48、9 mg/L，达标率为89.89%、100%，对CODCr及BOD5的平均去除率为84.65%、92.50%。湿地出水CODCr及BOD5波动较小，均值分别为35、5 mg/L，达标率分别为98.36%、97.37%，对CODCr及BOD5的平均去除率为4.26%、3.63%。

图3 BOD5处理效果Fig.3 Effect of BOD5 Rremoval

以上数据说明，倒置AAO+人工湿地工艺在处理CODCr及BOD5指标较低的进水时具有良好的效果，湿地出水去除率较厂内出水更为稳定。倒置AAO流态接近完全混合式，对于进水的冲击具有较好的平衡能力；湿地基质、植物和微生物是人工湿地的三大基本要素，能有效地转化与去除污染物。基质通过沉淀和吸附起去除污染物的作用，植物通过直接吸收、利用污水中可利用态的营养物质，或通过微生物呼吸为细菌提供多样性生境而降解多种污染物。同时人工湿地对污水的负荷波动有一定的自适应能力，抗冲击能力较强[2]。在经过湿地的处理后，CODCr及BOD5指标达标率维持在较高水平。

2.2 氮的去除效果分析

由图4、图5可知，进水NH3-N及TN月均值普遍低于设计值，平均值分别为23.9、35.4 mg/L。厂内出水NH3-N及TN均值分别为0.9、14.1 mg/L，达标率为99.45%、91.52%，对NH3-N及TN的平均去除率为96.37%、56.55%。湿地出水NH3-N及TN均值分别为0.7、10.8 mg/L，达标率分别为100%、98.79%，对NH3-N及TN的平均去除率为0.67%、9.05%。

图4 NH3-N处理效果Fig.4 Effect of NH3-N Removal

图5 TN处理效果Fig.5 Effect of TN Removal

以上数据显示生物脱氮工艺效果显著。其原因主要是倒置AAO工艺通过提高处理系统内的污泥浓度，强化了好氧区内的同步反硝化作用；人工湿地通过生物脱氮、物化作用和植物吸收等多种方式进行有效脱氮，其有氧区的硝化细菌和厌氧区的反硝化细菌共同作用[3-4]，实现了对氮的有效去除。

2.3 磷的去除效果分析

由图6可知，进水TP月均值变化幅度较大，为3.3～16.3 mg/L，夏季进水TP明显高于设计值。厂内出水TP均值为0.8 mg/L，达标率为83.89%，对TP的平均去除率为88.85%。湿地出水TP均值为0.4 mg/L，达标率别为100%，对TP的平均去除率为3.75%。

图6 TP处理效果Fig.6 Effect of TP Removal

厂内倒置AAO工艺增加了系统脱氮除磷所需的碳源，聚磷菌经过厌氧释磷后直接进人生化效率较高的好氧环境，其在厌氧状态下形成的吸磷动力可以得到充分利用，提高了处理系统的除磷能力。湿地出水去除率较厂内出水去除率波动更小，人工湿地依赖湿地基质、水生植物和微生物以及三者之间的联合作用，通过一系列复杂的物理、化学以及生物的途径，进一步提高了除磷的效果[5]。其中湿地中丰富的植物在不同程度上发挥直接吸收或提供微生物生长环境间接降解的作用，强化了人工湿地对磷的去除效果。

2.4 SS的去除效果分析

由图7可知，进水SS月均值为165～533 mg/L，12月～次年3月进水SS月均值高于设计值。厂内出水SS均值为15 mg/L，达标率为94.26%，对SS的平均去除率为93.76%。湿地出水SS均值为6 mg/L，达标率别为93.17%，对SS的平均去除率为3.58%。原水经过倒置AAO+人工湿地工艺，尾水SS基本能够达到或优于运行出水水质标准。

图7 SS处理效果Fig.7 Effect of SS Removal

3 经济分析

该城市污水处理厂总投资为8 800万元，其中湿地投资为2 800万元；总运行成本1.15元/t水，其中湿地维护成本约0.192元/t水。

4 结论及建议

(1)该污水厂对CODCr、BOD5、TP、NH3-N、TN和SS的年平均去除率分别达到88.91%、96.13%、92.60%、97.04%、65.60%和97.35%；其中湿地对CODCr、BOD5、TP、NH3-N、TN和SS的年平均去除率分别为4.26%、3.63%、3.75%、0.67%、9.05%、3.58%。尾水达标率分别为98.36%、97.37%、100%、100%、98.79%、93.17%。说明二级处理+人工湿地技术处理效果稳定，“一、二级垂直流+自由表面流+水平流强化滤床”人工湿地具有良好的深度净化效果，该技术具有一定的参考价值。

(2)在进水负荷变化较大的情况下，湿地出水CODCr、BOD5、TP、NH3-N、TN和SS变化分别为16.7～55.2、2.0～12.0、1～19、0.02～4.60、4.13～16.24、0.18～0.90 mg/L。经方差计算，进、出水CODCr的方差分别为21 649.55和50.51，进、出水BOD5的方差分别为4 634.79和3.38，进、出水TP的方差分别为18.97和0.01，进、出水NH3-N的方差分别为88.30和0.77，进、出水TN的方差分别为186.55和7.12，进、出水SS的方差分别为23 744.29和9.80。方差分析显示，二级处理+人工湿地技术具有较强的抗负荷冲击的能力。

(3)建议结合污水厂稳定的运行效果，进行相关的数值模型模拟研究，不仅可以为污水厂更好的运行管理服务，同时为城市污水处理厂二级处理+人工湿地技术的应用提供相关的参考依据。

[1]陈浩,崔康平,许为义,等.污水厂尾水的人工湿地处理工艺及植物筛选[J].净水技术,2014,33(1):50-53.

[2]杨春梅.长沙市坪塘污水处理人工湿地系统工艺设计与运行效果研究[D].长沙:中南林业科技大学,2013.

[3]张敏,何圣兵,王海瑞,等.人工湿地脱氮研究进展[J].净水技术,2011,30(1):8-11,83.

[4]管策,郁达伟,郑祥,等.我国人工湿地在城市污水处理厂尾水脱氮除磷中的研究与应用进展[J].农业环境科学学报,2012,31(12):2309-2320.

[5]李晓东,孙铁珩,李海波,等.人工湿地除磷研究进展[J].生态学报,2007,27(3):1226-1232.