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活性污泥法—人工湿地联合处理城市污水研究

付国楷  
【摘要】: 针对我国南方城市污水有机污染物浓度偏低,氮磷含量相对较高,水质、水量随季节变化的特点,采用活性污泥法与人工湿地相结合的联合处理工艺,分别在100m~3/d规模的生产性试验和10000m~3/d规模的示范工程中,以实际城市污水为处理对象进行研究。试验重点考察了原水水质水量特征、污染物存在形态及去除规律、不同工艺条件下碳源分配情况,确定了高效生物反应器在不同季节时段的运行模式;研究了不同构型人工湿地中污染物的去除效率及池型、填料、负荷、温度、植物对其的影响,计算了反应动力学参数,确定了适宜的湿地构型及负荷调控方法;在此基础上提出了基于q-t曲线图的双向输入/输出联合调控模式,确定了活性污泥法-人工湿地联合处理工艺及负荷分配。示范工程依据试验结果,针对实际水质变动情况灵活调控,考察了工程规模的联合处理工艺对各种污染物质的去除情况。 试验原污水平均COD、NH_4~+-N、TN、TP为129mg/L、25.6mg/L、31.5mg/L、3.38mg/L,C/N值和C/P值为4.3和39.5,脱氮除磷所需碳源严重不足。在不同的季节,原水水质有较大变化,雨季原水污染物浓度只有旱季浓度60%左右,春、夏季暴雨时原水污染物浓度接近排放标准。因此,生物反应器需要根据水温的变化、水质的波动、降雨的多寡采用不同的运行模式,才能在有限碳源条件下实现最大限度的脱氮除磷。 通过不同季节多种工艺的比较,确定了高效生物反应器运行模式:春季时段采用改良型A~2/O工艺,夏季晴天/小雨时段采用预缺氧+倒置A~2/O工艺,夏季连续暴雨时段采用多点进水工艺,秋季时段采用低氧/常氧交替运行的倒置A~2/O工艺,冬季时段采用常规倒置A~2/O工艺。通过分析各种工艺中有机物、氮、磷的去除规律,比较其碳源分配情况,说明碳源能否合理分配及充分利用是评价工艺优劣的重要标准。 人工湿地系统对COD、NH_4~+-N、TN、TP的去除效率受负荷明显影响,随着水力负荷和面积负荷增加,湿地对污染物的去除效率呈下降趋势,同时污染物面积去除量的增量随着面积负荷的增加逐渐减少。另外,随着水温的升高,湿地对NH_4~+-N、TN的去除效率明显上升,模拟小试试验还证明,湿地系统总氮面积去除量与进水硝态氮的比例成正的线性关系,提高进水中硝态氮比例有利于总氮的去除。生物量大的湿地植物对污染物的吸收总量最高,单位干重的氮磷含量不能作为评价植物污染物吸收能力的主要指标。在较低污染物浓度水平条件下,湿地对污染物的去除可以用一级推流动力学模型近似模拟。 在相同负荷条件下,潜流湿地对COD和TP的去除效率高于表面流湿地及潜流/表面流组合湿地,页岩和钢渣的应用明显提高了湿地对磷的去除能力。表面流湿地对NH_4~+-N的去除效率高于潜流湿地和组合流湿地,在硝态氮比例大于0.25时,潜流湿地对总氮的去除优于表面流湿地。组合流湿地的优势在于其去除效率受温度的影响最小。整体来说,采用页岩和钢渣作为基质的潜流湿地最适宜于城市污水的深度处理,其COD、NH_4~+-N、TN、TP的面积反应速率常数分别为0.32m/d、0.065m/d、0.176m/d、0.29m/d。 根据试验结果,总结了活性污泥法/人工湿地联合处理的方法和原则,利用q-t曲线图进行设计和调控,提出了双向输入/输出的活性污泥法-人工湿地联合调控模式,并进行了实例分析。示范工程生物反应器通过改良型A~2/O工艺、预缺氧+倒置A~2/O工艺、局部低氧倒置A~2/O工艺的切换运行,使出水水质稳定达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》一级B标准,部分指标达到一级A标准。在水力负荷为0.3m/d~0.35m/d条件下,示范工程人工湿地系统出水COD、BOD、NH_4~+-N、TP可以达到《地表水环境质量标准》,TN浓度可以下降到7mg/L左右。


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