苏南小城镇污水处理厂尾水生物净化效果研究外文翻译资料

 2022-12-30 11:07:49

苏南小城镇污水处理厂尾水生物净化效果研究

关键词：尾水；人工湿地；生物生态复合工艺；去除率

摘要：作为一种性价比高的技术，利用生物处理技术处理尾水已在国内外逐步推广。生物处理技术利用水生态系统的有机结合，去除造成水体富营养化的有机污染物和N，P等污染物。本文以江阴市新桥镇污水处理厂为例，在天然河道附近建设生物生态复合人工湿地系统，对污水处理厂尾水进行处理，并对尾水中COD、氨、TN和TP的复合工艺去除效率进行了研究。研究表明，生物生态复合人工湿地系统对尾水污染物具有良好的去除效果。COD、氨氮、TN和TP的平均去除率分别为29%、31%、18%和8%，平均出水浓度为35.54mg/L、0.97mg/L、10.77mg/L和0.11mg/L。结果完全符合《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918-2002）一级A标准。具有很大的尾水处理潜力，适合农村地区。研究结果为污水处理厂尾水生物处理技术的改进提供了数据和理论依据，也为湿地生态系统的推广和研究提供了直接的理论依据和实践经验。

引言

随着新型工业化、信息化、城镇化和农业现代化的发展，农村地区发展迅速，伴随着中国明显的环境问题。农村地区人口众多，排放量大，但大部分尾水未经处理直接排放，给相对落后的经济技术造成严重的水污染[1]。据统计，2012年，我国污水排放总量为684.8亿吨，占废水总量67.6%。城市污水排放量为462.7亿吨[2]。因此，水环境严峻，亟待保护。目前，集中污水处理和分散污水处理是农村生活污水的主要处理方法。分散污水处理技术包括油渗法、人工湿地、稳定池、小规模集中处理和净化沼气池等，是农村生活污水处理的常用方法。[3]人工湿地技术利用基质、植物和微生物之间的协同作用，通过一系列物理、化学和生物反应实现污水净化，促进绿色植物的生长，实现营养和水的生物地球化学循环对污水的有害处理[4]。此外，由于成本低、维护简单，还可提供多种类型的人工湿地，如复合工艺、多级人工湿地工艺、单级人工湿地工艺等。并且该技术在农村地区污水处理方面具有很大的潜力。复合人工湿地过程将不同类型的人工湿地结合在一起工作；其效果明显稳定，尾水污染物去除率高[5]。

该项目位于江阴市新桥镇工业园区（雷下村），主要接收新桥镇工业园区的工业污水和全镇生活污水。其污水处理设计处理能力为20000t/d，排入张家港河。本文以生物生态复合人工湿地为研究对象，通过尾水净化分析，确定了复合人工湿地对COD、氨氮、TN、TP的去除率及净化效果；为污水处理厂尾水生物处理技术的改进提供了数据和理论依据。

1材料和方法

1.1研究区域简介

新桥镇位于江阴市东南部，主要河流张家港与华塘江、泰庆河、彩景河交汇，连接长江和太湖。新桥镇以种植水稻、小麦、油菜为主，发展毛纺织；是一个经济、社会、文化协调发展，人口、资源、环境协调发展的现代化新城。

1.2过程原理

实验工艺流程如图1所示。

图1 工艺流程

本项目采用生物生态复合人工湿地，以天然河道为塞流生物反应器进行尾水输送生态水系深度净化工程，通过一系列工程和生物生态测量，实现排水的贯通和生态修复。首先，应通过开挖明渠来切割两条河流，形成比较封闭的排水。然后，污水处理厂的尾水应投入其中，并应采用优先考虑生态恢复的方法进一步处理，并以项目测量为补充。

本工艺包括淡水循环系统，生物强化处理技术，生态河流缓冲区系统，人工流生态池塘系统和上游复氧控藻系统五个系统。为提高尾水水质，淡水循环系统将污水处理厂尾水排入焦花溪和雷下溪，通过存在的明渠形成水循环系统，通过一些生态修复测量和项目测量，加强自净能力。为了提高净化效率，生物强化处理技术设置了新的接触氧化载体，让参与净化污染物的微生物在载体中生长，形成粘稠的生物膜。位于河道与河岸之间的生态河流缓冲区具有明显的边缘效应，具有维持生物多样性、生态与水资源平衡、调节区域碳、氮含量等功能(见图2)。

图2 生物缓冲带和拦截带

1.3现场监测和样品

现场监测需要在进、出水口设置多个监测点，每天早晚采样，记录污染物浓度，保证系统运行良好；主要指标包括COD、氨氮、TN、TP。采用重铬酸盐滴定法测定COD，纳氏试剂比色法测定氨，碱式过硫酸钾消解紫外分光光度法测定TN，钼酸盐分光光度法测定TP。监控时间为2013年全年。

2结果和分析

2.1进水和出水水质的年变化

根据表1和表2，生物生态复合人工湿地处理的尾水完全符合《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918-2002）[6]中的一级A标准。低于设计值的流入污染物浓度对湿地具有较好的抑制作用，COD、氨、TN和TP的去除率分别为29%、31%、18%和8%。对于流入的已由污水处理厂提前处理，污染物浓度大大降低，人工湿地处理出水的污染物浓度虽然去除率不高，但完全满足设计标准。

注：平均值plusmn;标准差，将不同日期的进水和出水采样平均，得到平均值，然后计算标准差。

2.2净化对水生态系统影响的评价

2.2.1净化对COD的影响

COD是衡量水体有机污染的重要指标，因为它是一个可以快速确定并能准确反映污染程度的参数。COD浓度在46.14~55.18mg/L范围内保持稳定，流入量平均浓度为50.16mg/L，出水量35.54mg/L，去除率29%。COD的去除取决于微生物的降解和水生植物的吸收。对于难降解有机物和少量动植物残体，污水处理厂处理后尾水COD浓度仍然较高；但在复合人工湿地中，由于物质、植物和微生物的相互作用，COD去除率降低，说明该工艺对COD的去除效果较好，符合设计的一级甲等标准。图3采用复合工艺对COD有较好的去除效果。

图3 复合工艺对COD的去除效果

2.2.2氨氮的去除效果

复合人工湿地对氨氮的去除效果如图4所示。1月进水氨氮浓度最高，为3.86mg/L，平均进水浓度为1.41mg/L，出水浓度为0.97mg/L，去除率为31%；一般情况下，进水和出水氨的平均浓度以及去除率波动较大。夏季气候变暖，生物体内的微生物十分活跃，可以吸收利用水体中的氮、磷和悬浮物，6月份的去除率最高可达54%。在冬季，生物降解相对较弱，湿地只能进行较弱的自净作用。

水体中的N有硝态氮、氨氮和有机氮三种形式，氨氮是主要形式，氨化、硝化和反硝化对N的去除有很大的影响。水生植物通过充质物将氧气输送到根带，氨氮被硝化细菌氧化为NO2-和NO3-，而需氧菌将其他有机体分解CO2和水；硝酸盐消耗O2后，在厌氧环境下被反硝化细菌硝化还原为气态氮，以N2和N2O的形式从水中逸出；接下来对TN去除效果的分析也很大程度上涉及到硝化和反硝化。

图4 复合工艺对氨氮的去除效果

2.2.3 TN的去除效果

根据图5，月平均流入TN浓度为12.00mg/L~13.77mg/L，年平均流入量为13.11mg/L；出水月平均TN浓度为9.73mg/L~13.52mg/L，年平均流入量为10.77mg/L。显然，变化较大的TN的去除率在5%~27%之间，平均去除率为18%。从1月到3月，去除率变得更高，可能是植被正在恢复，微生物开始活跃变暖。在夏季，去除率逐渐降低，湿地对N的吸收较弱，10月份，去除率达到另一个峰值，植物逐渐腐烂，微生物的代谢降低，从而对污染物的吸收较弱，进而去除率逐渐降低。

图5 复合工艺对TN的去除效果

2.2.4 TP的去除效果

根据《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918-2002）一级A标准，允许最大排放TP浓度为0.5mg/L（2006年1月1日以后建设）。根据图6。流入的TP浓度为0.10mg/L～0.13mg/L，远低于一级A标准。一旦尾水投入人工湿地，TP浓度下降不大，去除率稳定在8%左右。六月份TP去除率均为0。然而，这并不意味着人工湿地对TP的去除效果不好，因为可能有两个原因：城市污水中TP浓度较低，或污水处理厂对TP的去除有很大的贡献。

图6 复合工艺对TP的去除效果

3讨论

生物-生态复合人工湿地系统在小城镇污水处理中具有良好的效果。湿地可承受各指标的浓度；除COD外，进水氨、TN、TP等各项指标均符合一级标准，处理后的尾水完全符合一级标准。

表3 人工湿地对污染物清除的贡献率

由表3可知，该工艺对COD的去除贡献率最大，然后是TN，对TP的去除贡献率最弱。对于难降解生物，动植物残体较少，尾水COD含量仍较高；人工湿地处理后COD浓度下降较大，月平均去除率比较稳定。氨氮的去除率最大值出现在夏季，对植物的蓬勃生长和微生物的积极代谢来说，这意味着N和P的吸收能力很强，TN的去除率波动很大，可能与春季植物的复苏和冬季植物的腐烂有关，以及受硝化和反硝化作用的影响。污水处理厂尾水中TP浓度较低，人工湿地可以在其基础上降低TP浓度，但去除率较低。与传统复合式人工湿地工艺相比，江阴市新桥镇生物生态复合式人工湿地系统采用淡水循环系统、生物强化处理技术、生态河流缓冲区系统、人工流态生态塘系统和上游复氧控藻系统，规划更加科学，对污水处理厂尾水污染物具有更好的去除效果。对于促进小城镇和农村地区污水处理具有很大的实际作用。

4结论

（1）对于生物生态复合人工湿地，污水处理厂尾水COD、氨氮、TN、TP的平均去除率分别为29%、31%、18%、8%；平均出水浓度分别为35.54mg/L、0.97mg/L、10.77mg/L、0.11mg/L；满足一级A标准。

（2）随着季节的变化，氨氮和TN的去除率波动很大，这与植物的生命周期和微生物的代谢有关。对于人工湿地，TP的去除率较低，应根据实际优化植物和填料的选择。

5致谢

本工作由江苏省科技厅社会发展项目(BE2014739)资助。

参考文献

[1]李先宁,吕希武海,南孔等,农村污水处理技术研究及在示范工程中的应用，中国水资源,（17）,pp.19-22，2006年，中文

[2]中华人民共和国环境保护部，2012年中国环境统计公报，中华人民共和国环境保护部,北京,2013,中文

[3]彭孙,岳丽,范龙孔等，关于农村生活污水处理技术的评论，青岛理工大学，第34（2）页.71-75,2013年,中文

[4]魏亮,吴振斌，人工湿地去除污水中氮磷机理的研究进展，环境科学趋势，（3），pp.32-37,2000年,中文

[5]嘉兴旭,徐立刚,姜家虎等,生态生化湿地对农村生活污水处理的影响，农业环境科学学报，31（9），pp.1815-182 2,2012年,中文

[6]中国环境保护部,水和废水监测分析方法，中国环境科学出版社,北京,2002年,中文

水利工程与城市可持续发展III

10.4028/www.scientific.net/AMM.641-642

苏南某小城镇污水处理厂尾水生物净化效果研究

10.4028/www.scientific.net/AMM.641-642.384

Study on Biological Purification Effect on Tail Water from Sewage Treatment Plant at Small-Scaled Town, South Jiangsu

Rui Wu1,a, Ligang Xu2,b and Dan Chen1,c

1Nanjing Instit

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