某城市污水處理廠二級出水的人工濕地深度處理運行效果分析

戴楊葉

(上海市凈化技術裝備成套有限公司，上海 200120)

近年來，水體的富營養化現象日益嚴重，為了改善提高受納水體的水環境質量，二級處理出水亟待深度處理。而人工濕地作為一種生態水處理技術，目前已在各種污水處理中得到廣泛的應用[1]。其有著建造和運行費用低、易于維護、能耗低、美化環境等自身獨特的優勢，為二級處理出水水質的提高提供了更好的選擇。

1 工程概況

該城市污水處理廠一期工程規模為5萬m3/d，采用廠內倒置AAO+廠外人工濕地工藝，進水工業廢水與生活污水的比例約為4∶6，廠內出水水質達到《城鎮污水處理廠污染物排放標準》(GB 18918—2002)中一級B類標準。濕地出水水質達到《城鎮污水處理廠污染物排放標準》(GB 18918—2002)中一級A類標準及《城市污水再生利用 景觀環境用水》(GB/T 18921—2002)標準。尾水最終入海。污水廠2007年開工建設，整體工程于2010年完成竣工驗收，投入運行。

1.1 設計進出水水質

該廠設計進出水水質如表1所示。

表1 設計進出水水質Tab.1 Designed Water Quality for Influent and Effluent

1.2 工藝流程

工藝流程如圖1所示。進水經過粗格柵/進水泵房，由泵提升后進入細格柵/曝氣沉砂池，沉砂池出水經重力進入生化池；然后在二沉池進行泥水分離，出水經過配水井進入廠外人工濕地，尾水通過次氯酸鈉消毒后排放至受納水體。

圖1 工藝流程圖Fig.1 Process Flow Chart

1.3 主要工藝參數

工藝參數如表2所示。

表2 倒置AAO及人工濕地設計參數Tab.2 Design Parameters of Inverted AAO and Constructed Wetland

(續表)

2 運行效果分析

該污水處理廠目前工藝運行基本穩定，根據實際測得的進出水統計數據分別對廠內出水及濕地排放的尾水進行分析，CODCr、BOD5、SS、NH3-N、TN和TP的進出水處理效果如下。

2.1 有機物的去除效果分析

由圖2、圖3可知，該廠進水CODCr及BOD5月均值波動較大，變化趨勢相似，夏季進水濃度較低，冬季較高。

圖2 CODCr處理效果Fig.2 Effect of CODCr Removal

12月～次年4月，進水CODCr月均值高于400 mg/L，CODCr及BOD5平均值為357 mg/L及145 mg/L。廠內出水CODCr及BOD5均值分別為48、9 mg/L，達標率為89.89%、100%，對CODCr及BOD5的平均去除率為84.65%、92.50%。濕地出水CODCr及BOD5波動較小，均值分別為35、5 mg/L，達標率分別為98.36%、97.37%，對CODCr及BOD5的平均去除率為4.26%、3.63%。

圖3 BOD5處理效果Fig.3 Effect of BOD5 Rremoval

以上數據說明，倒置AAO+人工濕地工藝在處理CODCr及BOD5指標較低的進水時具有良好的效果，濕地出水去除率較廠內出水更為穩定。倒置AAO流態接近完全混合式，對于進水的沖擊具有較好的平衡能力；濕地基質、植物和微生物是人工濕地的三大基本要素，能有效地轉化與去除污染物。基質通過沉淀和吸附起去除污染物的作用，植物通過直接吸收、利用污水中可利用態的營養物質，或通過微生物呼吸為細菌提供多樣性生境而降解多種污染物。同時人工濕地對污水的負荷波動有一定的自適應能力，抗沖擊能力較強[2]。在經過濕地的處理后，CODCr及BOD5指標達標率維持在較高水平。

2.2 氮的去除效果分析

由圖4、圖5可知，進水NH3-N及TN月均值普遍低于設計值，平均值分別為23.9、35.4 mg/L。廠內出水NH3-N及TN均值分別為0.9、14.1 mg/L，達標率為99.45%、91.52%，對NH3-N及TN的平均去除率為96.37%、56.55%。濕地出水NH3-N及TN均值分別為0.7、10.8 mg/L，達標率分別為100%、98.79%，對NH3-N及TN的平均去除率為0.67%、9.05%。

圖4 NH3-N處理效果Fig.4 Effect of NH3-N Removal

圖5 TN處理效果Fig.5 Effect of TN Removal

以上數據顯示生物脫氮工藝效果顯著。其原因主要是倒置AAO工藝通過提高處理系統內的污泥濃度，強化了好氧區內的同步反硝化作用；人工濕地通過生物脫氮、物化作用和植物吸收等多種方式進行有效脫氮，其有氧區的硝化細菌和厭氧區的反硝化細菌共同作用[3-4]，實現了對氮的有效去除。

2.3 磷的去除效果分析

由圖6可知，進水TP月均值變化幅度較大，為3.3～16.3 mg/L，夏季進水TP明顯高于設計值。廠內出水TP均值為0.8 mg/L，達標率為83.89%，對TP的平均去除率為88.85%。濕地出水TP均值為0.4 mg/L，達標率別為100%，對TP的平均去除率為3.75%。

圖6 TP處理效果Fig.6 Effect of TP Removal

廠內倒置AAO工藝增加了系統脫氮除磷所需的碳源，聚磷菌經過厭氧釋磷后直接進人生化效率較高的好氧環境，其在厭氧狀態下形成的吸磷動力可以得到充分利用，提高了處理系統的除磷能力。濕地出水去除率較廠內出水去除率波動更小，人工濕地依賴濕地基質、水生植物和微生物以及三者之間的聯合作用，通過一系列復雜的物理、化學以及生物的途徑，進一步提高了除磷的效果[5]。其中濕地中豐富的植物在不同程度上發揮直接吸收或提供微生物生長環境間接降解的作用，強化了人工濕地對磷的去除效果。

2.4 SS的去除效果分析

由圖7可知，進水SS月均值為165～533 mg/L，12月～次年3月進水SS月均值高于設計值。廠內出水SS均值為15 mg/L，達標率為94.26%，對SS的平均去除率為93.76%。濕地出水SS均值為6 mg/L，達標率別為93.17%，對SS的平均去除率為3.58%。原水經過倒置AAO+人工濕地工藝，尾水SS基本能夠達到或優于運行出水水質標準。

圖7 SS處理效果Fig.7 Effect of SS Removal

3 經濟分析

該城市污水處理廠總投資為8 800萬元，其中濕地投資為2 800萬元；總運行成本1.15元/t水，其中濕地維護成本約0.192元/t水。

4 結論及建議

(1)該污水廠對CODCr、BOD5、TP、NH3-N、TN和SS的年平均去除率分別達到88.91%、96.13%、92.60%、97.04%、65.60%和97.35%；其中濕地對CODCr、BOD5、TP、NH3-N、TN和SS的年平均去除率分別為4.26%、3.63%、3.75%、0.67%、9.05%、3.58%。尾水達標率分別為98.36%、97.37%、100%、100%、98.79%、93.17%。說明二級處理+人工濕地技術處理效果穩定，“一、二級垂直流+自由表面流+水平流強化濾床”人工濕地具有良好的深度凈化效果，該技術具有一定的參考價值。

(2)在進水負荷變化較大的情況下，濕地出水CODCr、BOD5、TP、NH3-N、TN和SS變化分別為16.7～55.2、2.0～12.0、1～19、0.02～4.60、4.13～16.24、0.18～0.90 mg/L。經方差計算，進、出水CODCr的方差分別為21 649.55和50.51，進、出水BOD5的方差分別為4 634.79和3.38，進、出水TP的方差分別為18.97和0.01，進、出水NH3-N的方差分別為88.30和0.77，進、出水TN的方差分別為186.55和7.12，進、出水SS的方差分別為23 744.29和9.80。方差分析顯示，二級處理+人工濕地技術具有較強的抗負荷沖擊的能力。

(3)建議結合污水廠穩定的運行效果，進行相關的數值模型模擬研究，不僅可以為污水廠更好的運行管理服務，同時為城市污水處理廠二級處理+人工濕地技術的應用提供相關的參考依據。

[1]陳浩,崔康平,許為義,等.污水廠尾水的人工濕地處理工藝及植物篩選[J].凈水技術,2014,33(1):50-53.

[2]楊春梅.長沙市坪塘污水處理人工濕地系統工藝設計與運行效果研究[D].長沙:中南林業科技大學,2013.

[3]張敏,何圣兵,王海瑞,等.人工濕地脫氮研究進展[J].凈水技術,2011,30(1):8-11,83.

[4]管策,郁達偉,鄭祥,等.我國人工濕地在城市污水處理廠尾水脫氮除磷中的研究與應用進展[J].農業環境科學學報,2012,31(12):2309-2320.

[5]李曉東,孫鐵珩,李海波,等.人工濕地除磷研究進展[J].生態學報,2007,27(3):1226-1232.