ABR+复合人工湿地处理农村生活污水中试.pdf

ABR 复合人工湿地处理农村生活污水中试 * 宋小康金龙王建芳郭海娟杨熇沈耀良 苏州科技学院江苏省环境科学与工程 重点实验室， 江苏 苏州 215011 摘要 采用 ABR 复合人工湿地组合工艺对农村分散型生活污水进行中试研究。试验期间进水 pH 和温度的范围分 别为 6. 5 ～ 8. 5， 14. 0 ～ 23. 5 ℃ 。结果表明ABR 在 HRT 为10 h， COD 容积负荷为0. 52 kg/ m3d 复合人工湿地面 积负荷为0. 018 kg/ m2d 的条件下， 系统对 COD、 NH3-N、 TN、 TP 和浊度的平均去除率分别为 78 、 64 、 60 、 63 和 80 ; 出水平均质量浓度分别为 47， 7. 13， 13. 31， 0. 67 mg/L， 浊度为10 NTU; 系统运行24 d后， ABR 反应器中观 察到厌氧颗粒污泥。 关键词 农村污水;ABR;复合人工湿地;颗粒污泥;启动 PILOT TEST ON TREATING RURAL DOMESTIC WASTEWATER BY PROCESS OF ABR COMBINED CONSTRUCTED WETLAND Song XiaokangJing LongWang JianfangGuo HaijuanYang HeShen Yaoliang Provincial Key Lab of Environmental Science and Engineering，Suzhou University of Science and Technology ，Suzhou 215011，China AbstractThe combined system of anaerobic baffled reactor combined constructed wetland with low power was applied to treat the dispersed rural domestic sewage． During the start-up of this system，the range of pH and temperature in ABR reactor was 6. 5 ～ 8. 5 and 14. 0 ～ 23. 5 ℃ respectively with the HRT was 10 h，and the COD volume load was 0. 52 kg/ m3d ． The results show that the average of removal rates of COD，NH4 -N，TN，TP and turbidity was 78 ， 64 ， 60 ， 63 and 80 ，and correspondingly the average of effluent concentration was 47，7. 13，13. 31，0. 67 mg/L and 10 NTU． After 24 d， the anaerobic granular sludge was observed in the ABR reactor． Keywordsrural domestic sewage;ABR;combined constructed wetland;granule sludge;start-up * 苏州市科技计划 社会发展 项目 15SS0914 ; 江苏省普通高校研究 生科研创新计划项目 CX10S_047Z 。 目前， 针对农村生活污水处理的工程较多， 但大 部分都存在基建和运行费用较高、 日常维护复杂等缺 点 ［1- 2］。ABR 是一种能有效去除有机污染物和悬浮 物的低能耗高效厌氧反应器 ［3］， 而复合人工湿地是 综合利用基质、 土壤、 微生物和植物的物理、 化学、 生 物及其 协 同 作 用 来 处 理 污 水 的 一 种 生 态 处 理 技 术 ［4- 5］。其中， 复合人工湿地结合了水平潜流及垂直 流人工湿地的优点， 具有较好的有机物、 氮和磷的去 除效果 ［6］。ABR 作为复合人工湿地的预处理能进一 步提高复合人工湿地的水力负荷， 减小其占地面积。 本文采用 ABR 复合人工湿地工艺对分散性污水进 行研究， 重点考查其启动期间对 COD、 NH 4 -N、 TN、 TP 和浊度的去除效果。 1试验材料与方法 1. 1试验用水及水质 试验采用某高校生活区的生活污水为试验原水， 其水质指标如表 1 所示。 表 1原水水质 pH ρ COD/ mgL － 1 ρ TP/ mgL － 1 ρ NH 4-N/ mgL － 1 ρ TN/ mgL － 1 浊度 / NTU 6. 0 ～ 8. 094 ～ 4581. 32 ～ 4. 4610. 9 ～ 29. 8 12. 03 ～ 62. 119 ～ 103 1. 2接种污泥 接种污泥取自苏州市某城市污水处理厂的重力 浓缩池。将所取污泥静置 1 周并加入适量葡萄糖后 静置2 d， 均匀移入 ABR 各隔室。总接种泥量约为各 隔室有效体积的 3 /5， 用生活污水填满各隔室， 闲置 1 d后 开 始 连 续 进 水， 启 动 时 ABR 反 应 器 各 隔 室 MLVSS 约为13 g/L，MLVSS/MLSS 约为 0. 42。 6 环境工程 2011 年 6 月第 29 卷第 3 期 1. 3试验工艺及运行方式 试验工艺流程见图 1。 图 1试验工艺流程 本试 验采 用较 长 的 HRT 方 式启动 ABR 反 应 器 ［7］， 试验启动期间 ABR 的 HRT 约为10 h， COD 容 积负荷 平 均为0. 52 kg/ m3d ， 复合人 工 湿 地 的 HRT约 为 4. 2 d， COD面 积 负 荷 平 均 为 0. 012 kg/ m2d 。启动前期在 ABR 反应器里投加 NaHCO3调节碱度， 维持各隔室 pH 值在 6. 0 ～ 7. 5。 1. 4ABR 反应器 本试验采用的 ABR 反应器装置如图 2 所示， 由 塑料板加工而成， 有效容积为0. 212 75 m3， 第一隔室 的有效水深为0. 75 m， 之后的每一隔室的有效水深较 前一隔室小0. 05 m。第一隔室的下向流与上向流之 比为 0. 14， 其他隔室均为 0. 11， ABR 反应器两侧用土 覆埋， 上部用土栋密封。 图 2 ABR 中试装置 1. 5复合人工湿地系统 复合人工湿地由水平潜流和垂直流串联构成。 采用穿孔管横向布水， 湿地总有效面积为6. 84 m2 ， 其 中潜流人工湿地面积为4. 84 m2， 垂直流湿地面积为 2 m2。水平潜流中间部分种植芦苇， 面积约为1 m2， 两边种植香蒲， 垂直流上部种植香蒲， 湿地四角种植 美人蕉。香蒲、 芦苇和美人蕉的种植密度分别为 20， 18， 1 棵 /m2。 湿 地 形 状 为 梯 形，埋 深 1. 16 m，长 3. 6 m， 上宽为1. 9 m， 下宽为1. 5 m， 坡度为 6 。其 填料组成 由下到上 如表 2 所示。 2试验结果与分析 2. 1ABR 反应器中 MLVSS 的变化 系统启动期间 ABR 反应器的 MLVSS 变化见图 3。 表 2湿地的填料组成 填料种类厚度 /cm粒径 /mm 卵石2030 ～ 60 砾石2020 ～ 30 陶粒155 ～ 20 砂子102 ～ 6 土壤 加石灰20 注 土壤与生石灰混合， 所用生石灰为极细的粉末， 每 100 kg 土壤 投加生石灰为 2. 3 ～ 2. 9 kg。 图 3ABR 反应器中 MLVSS 的变化 从图 3 可知 ABR 反应器中污泥浓度逐渐降低， 说明 ABR 在处理低浓度污水时能维持的生物量较 少。系统稳定时 MLVSS 为8. 36 mg/L。 2. 2对 COD 的去除效果 启动期间系统对 COD 的去除效果如图 4 所示。 图 4启动期间对 COD 去除的变化规律 从图 4 可知 ABR 对 COD 的去除率逐渐升高， 6 月 1 日以 后 基 本 稳 定 在 43 ， 而复合人工湿地对 COD 的去除率在整个启动期间基本稳定在 59 。由 此可知， 系统在启动初期对 COD 去除效果不好的原 因是 ABR 对 COD 去除效果不佳所致。可能是由于 ABR 处理低浓度污水时， 微生物没有足够的基质浓 度而大量自溶。此外， 还可能是接种污泥为好氧污 7 环境工程 2011 年 6 月第 29 卷第 3 期 泥， 在厌氧环境下， 部分微生物解体释放有机质， 并且 在低温条件下微生物的生长受到抑制。而由于在启 动初期水分在复合人工湿地的渗滤比较大， 细小有机 物颗粒更容易因沉淀而被截留， 后期由于湿地填料上 微生物的生长和湿地填料间空隙的减小使得微生物 降解、 填料吸附截留作用成为去除 COD 的主要途径。 综上所述， 此工艺系统能够实现对有机物的良好 去除效果， 其稳定运行时对 COD 的去除率平均为 78 ， 出水 COD 质量浓度平均为47 mg/L。 2. 3对 N 的去除效果 启动期间系统对 NH 4 -N 去除效果如图 5 所示。 图 5启动期间对 NH 4 -N 去除的变化规律 从图 5 可知 整个启动期间 ABR 对 NH 4 -N 的去 除效果不佳， 但复合人工湿地对 NH 4 -N 的平均去除率 为 74 。系统运行稳定时， 对 NH 4 -N 的平均去除率 约为 64 ， 出水 NH 4 -N 的平均质量浓度为7. 13 mg/L。 生活污水中的氮主要是由有机氮和氨氮组成。 在厌氧条件下， 部分有机氮转化为 NH 4 -N， 故 ABR 出水 NH 4 -N 浓度大于进水 NH 4 -N 浓度。此外， ABR 中污泥的自溶和不适应厌氧环境的微生物大量解体 也会使 ABR 出水 NH 4 -N 浓度升高。系统启动初期， 复合人工湿地填料的吸附和离子交换作用是 NH 4 -N 去除的主要原因， 后期由于填料上微生物和湿地植物 的生长， 微生物对 NH 4 -N 的硝化反硝化作用及植物 同化吸收作用对 NH 4 -N 去除也有一定的贡献。 对 TN 的去除效果如 6 图所示。 从图 6 可知 在整个启动期间 ABR 对 TN 基本没 有去除效果， 但复合人工湿地对 TN 的去除效果较 好， 其去除率为 65 。系统运行稳定时， 对 TN 的去 除率为 60 。TN 出水平均质量浓度为13. 31 mg/L。 图 6启动期间对 TN 的变化规律 因为系统在启动期间不排泥， 微生物残体等随出 水流出， 导致出水 TN 升高。复合人工湿地对 NH 4 -N 的去除率为 74 ， 对有机氮的去除效果不佳。可能 是因为湿地最下层填料为卵石， 不易挂膜， 系统运行 初期填料上微生物的作用不明显。但在 6 月 9 日后， 复合人工湿地对 TN 的去除率有较快的升高， 说明此 时填料上逐渐生长氨化微生物， 通过氨化作用， 使有 机氮转化为 NH 4 -N 而被去除。 2. 4对 TP 的去除效果 启动期间系统对 TP 的去除效果如图 7 所示。 图 7启动期间对 TP 的变化规律 从图 7 可知 启动期间， 系统对 TP 的去除效果较 好， 其 去 除 率 基 本 在 63 左 右。 出 水 浓 度 在 0. 67 mg/L左右。ABR 对 TP 基本没有去除效果， 但 复合人工湿地对 TP 的去除效果较好， 其去除率基本 在 70 以上， 说明此系统对 TP 的去除主要发生在复 合人工湿地。 启动初期 ABR 出水的 TP 浓度波动大且较高， 可 能原因是 1 微生物解体释磷; 2接种污泥取自改进 8 环境工程 2011 年 6 月第 29 卷第 3 期 型强化脱氮除磷的 A2/O 工艺的重力沉淀池， 接种到 厌氧环境释磷。复合人工湿地对磷的去除途径有湿 地植物吸收、 湿地微生物同化和湿地填料层吸附。启 动初期复合人工湿地对磷的去除效果较好， 是因为组 合湿地填料对无机态磷的吸附和离子共沉淀作用， 后 期是由于湿地填料上生长的微生物同化作用和湿地 植物的吸收作用。 2. 5对浊度的去除效果 启动期间系统对浊度的去除效果如图 8 所示。 图 8启动期间对浊度去除的变化规律 从图 8 可知 启动期间 ABR 对浊度的去除率曲 线总体上是升高的， 运行后期其平均去除率为 74 。 复合人工湿地对浊度的去除率有一定的波动， 可能是 由于天气的影响较大， 当下雨时， 雨水带有泥沙一并 汇入出水取样口， 导致系统出水浊度不稳定。系统稳 定运行时对浊度的去除率为 80 。 由于 ABR 反应器具有良好的水力流态和固体截 留能力 ［3］， 小粒径有机颗粒通过与厌氧微生物充分 接触而降解， 也可能是因折流板阻挡截留在反应器内 而去除。启动前期复合人工湿地对浊度的去除主要 是湿地填料的截留作用， 后期植物根系的过滤作用也 逐渐转变为一个重要因素。 2. 6ABR 反应器中的污泥特性 由于颗粒污泥的优良特性 ［3］， 所以在厌氧反应 器处理污水时常把能培养出颗粒污泥作为系统成功 启动的标志。 该系统在运行到第 24 天时发现黑色颗粒污泥， 此时 ABR 反应器中的污泥还是以絮状污泥为主， 但 有大量细小的颗粒污泥和较少的粗大颗粒污泥出现。 筛分后颗粒污泥， 直径在 0. 2 ～ 3 mm。 影响颗粒污泥的形成因素很多， 但在本试验中， 基质浓度、 水力条件、 HRT 和 pH 为主要因素。在低 基质浓度下， 较长的 HRT 和较强的水力扰动条件及 适当的 pH 范围 6. 0 ～ 7. 5 为颗粒污泥培养的关键 因素。 3结论 1 该系统对 COD、 NH3-N、 TN、 TP 和浊度均有较 好的去除效果， 但浊度主要在 ABR 中去除， COD、 TN 和 TP 主要在复合人工湿地中被去除。 2 在低基质浓度下， 较长的 HRT 和较强的水力 扰动条件及适当的 pH 范围 6. 0 ～ 7. 5 为颗粒污泥 培养的关键因素。 3在 ABR 的 HRT 为 10 h， COD 容 积 负 荷 为 0. 52 kg/ m3d ， 复合人工湿地 COD 面积负荷为 0. 018 kg/ m2d 的条件下， 系统对 COD、 NH3-N、 TN、 TP 和 浊 度 的 平 均 去 除 率 分 别 为 78 、 64 、 60 、 63 和 80 。出水平均浓度分别为 47， 7. 13， 13. 31， 0. 67 mg/L和10 NTU。 参考文献 ［1］汪俊三． 植物碎石床人工湿地污水处理技术和我的工程案例 ［M］． 北京 中国环境科学出版社， 2009． ［2］朱洁， 陈洪斌． 人工湿地堵塞问题的探讨［J］． 中国给水排水， 2009，25 6 24- 29． ［3］沈耀良， 王宝贞． 废水生物处理新技术［M］． 二版． 北京 中国环 境科学出版社， 2006． ［4］Hans Brix． Do macrophytes play a role in constructed treatment wetlands［J］． Wat Sci Tech， 1997， 35 5 11- 17． ［5］ZhouQiaohong， HeFeng．Characteristicsofthemicrobial communities in the integrated vertical flow constructed wetlands ［J］． Environmental Sciences， 2009， 21 1261- 1267． ［6］Tuncsiper B．Nitrogenremovalinacombinedverticaland horizontalsubsurfaceflowconstructedwetlandsystem ［J］． Desalination，2009，247 1- 3 466- 475． ［7］沈桢， 沈耀良， 林玉杰， 等． ABR 处理低浓度有机废水的启动方 式研究［J］． 中国给水排水， 2009，25 1 101- 104． 作者通信处宋小康215011江苏省苏州市新区滨河路 1701 号江 苏省环境科学与工程重点实验室 E- mailsongxk2009 126． com 2010 － 10 － 27 收稿 9 环境工程 2011 年 6 月第 29 卷第 3 期