范敬蘭，牛乙寶，丁維程，吳鵬莉

（1.徐州市河湖管理中心，江蘇 徐州 221018；2.徐州經(jīng)濟技術(shù)開發(fā)區(qū)農(nóng)業(yè)農(nóng)村水務(wù)局，江蘇 徐州 221000；3.江蘇天安永潤環(huán)境科技有限公司，江蘇 徐州 221000）

城鎮(zhèn)生活污水未達標排放或未經(jīng)處理隨意排放是導(dǎo)致農(nóng)村水生態(tài)環(huán)境持續(xù)下降的主要誘因之一［1-2］。近年來，城鎮(zhèn)生活污水有效收集和處理以及環(huán)保立法在一定程度上保護了農(nóng)村水生態(tài)環(huán)境質(zhì)量［3］。但是城鎮(zhèn)污水處理廠常用工藝是A/O工藝、A2/O工藝和MBR工藝等，其排放標準為《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標準》(GB18918—2002)一級A標準，由于管理水平偏低和技術(shù)力量缺乏，城鎮(zhèn)污水處理廠監(jiān)督管理和運行管理仍然存在較多問題，城鎮(zhèn)污水處理廠尾水超標問題較為普遍［4］。

隨著水環(huán)境質(zhì)量要求越來越高，很多地區(qū)污水處理廠尾水必須達到《地表水環(huán)境質(zhì)量標準》（GB3838—2002）準Ⅳ類水體標準方可排入受納水體，給城鎮(zhèn)污水處理廠的運行管理帶來了更大壓力。傳統(tǒng)的A/O工藝、A2/O工藝和MBR工藝出水一般情況下不可能達到（GB3838—2002）準Ⅳ類水體標準。為此，很多城鎮(zhèn)通過在污水處理廠內(nèi)增加深度處理設(shè)備以達到（GB3838—2002）準Ⅳ類水體標準要求，滿足排入受納水體的要求。目前最常見的深度處理方法是MBR工藝，MBR工藝存在系統(tǒng)復(fù)雜、能耗高、管理復(fù)雜、持久穩(wěn)定性差等缺點，給城鎮(zhèn)污水處理廠的運行管理帶來了更大的問題和難度［5-9］。

基于城鎮(zhèn)污水處理廠管理水平較低、水質(zhì)波動較大、資金實力偏弱等問題，尋求凈化效率高、管理簡單、運行費用低的技術(shù)顯得尤為重要。近些年來，生態(tài)工程技術(shù)在尾水深度處理中得到廣泛嘗試，取得了良好的效果，積累了一定的經(jīng)驗。污水處理廠傳統(tǒng)工藝與生態(tài)工程技術(shù)相互協(xié)調(diào)和優(yōu)勢互補，對降低能耗、改善水質(zhì)、簡化管理具有顯著優(yōu)勢。本研究以徐州市某鎮(zhèn)污水處理廠提標改造為背景，污水處理廠尾水再進入多級生態(tài)處理單元，研究多級生態(tài)處理組合工藝對污染物去除效果和去除特性，旨在為城鎮(zhèn)污水處理廠提標改造和尾水深度處理提供參考。

1 項目簡介

1.1 項目背景

徐州市某鎮(zhèn)污水處理廠包括2套污水處理系統(tǒng)，其中一套為膜法A/O工藝，處理規(guī)模為800 t/d；另一套為MBR工藝，處理規(guī)模為1 000 t/d；總處理規(guī)模為1 800 t/d，執(zhí)行標準為《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標準》（GB18918—2002）一級A標準，服務(wù)人口7 000人。但是城鎮(zhèn)污水處理廠出水必須達到《地表水環(huán)境質(zhì)量標準》（GB3838—2002）準Ⅳ類水體標準方可排入受納水體。為此，該污水處理廠尾水深度處理主體工藝主要包括一體化MBR技術(shù)、臭氧高級氧化技術(shù)、反硝化脫氮濾池技術(shù)和生態(tài)工程技術(shù)等，從地形地貌、運行管理、氣候條件等角度考慮，確定采取多級生態(tài)工程處理工藝作為其污水處理廠尾水深度處理方法。2022年1月開始動工、2022年2月通水運行，取得了良好效果。

1.2 城鎮(zhèn)污水處理廠處理流程

城鎮(zhèn)污水處理廠進水在調(diào)節(jié)池內(nèi)進行預(yù)沉淀和調(diào)節(jié)水質(zhì)水量后，分別被提升泵泵入膜法A/O池和一體化MBR池內(nèi)進行處理，2套污水處理系統(tǒng)最后形成的尾水匯入多級生態(tài)處理工藝配水池。城鎮(zhèn)污水處理廠各構(gòu)筑物參數(shù)，見表1。

表1 城鎮(zhèn)污水處理廠各構(gòu)筑物參數(shù)

進入膜法A/O系統(tǒng)內(nèi)的污水在重力流作用下依次通過缺氧池、好氧池和混凝沉淀池、清水池、計量槽等后匯入配水池，缺氧池和好氧池內(nèi)補充30%左右的多孔懸浮球填料（內(nèi)置聚氨酯棉），強化污水處理系統(tǒng)的處理能力；進入MBR系統(tǒng)內(nèi)的污水依次通過厭氧池、缺氧池和好氧池，最后在抽吸泵作用下也匯入配水池。該配水池內(nèi)尾水通過重力自流方式依次通過多級生態(tài)處理工藝的4級氧化塘和1級潛流濕地進行深度處理，尾水經(jīng)過深度處理后排入受納水體；多級生態(tài)處理工藝流程圖如圖1所示。

圖1 多級生態(tài)處理工藝流程

1.3 城鎮(zhèn)污水處理廠原水水質(zhì)

城鎮(zhèn)污水處理廠原水水質(zhì)隨季節(jié)、氣溫、降水量和周邊環(huán)境等情況變化而變化，以2021年11月至2022年7月為例，COD為45.6～221.3 mg/L，NH3-N為6.51～35.6 mg/L，TN為9.64～54.3 mg/L，TP為0.91～6.54 mg/L。

1.4 水質(zhì)分析方法

膜法A/O系統(tǒng)和一體化MBR系統(tǒng)進出水水質(zhì)以在線檢測儀（江蘇海德）顯示的數(shù)據(jù)為準；多級生態(tài)處理工藝出水以手工檢測為準，手工檢測方法采用國標法。

2 主要構(gòu)筑物

多級生態(tài)處理工藝面積約為5 111.9 m2，包括4級氧化塘（占地面積3 150 m2）和1級潛流人工濕地（占地面積250 m2）以及溝渠面積1 711.9 m2，推流式流態(tài)設(shè)計，其工藝流程是1#氧化塘-潛流人工濕地-2#氧化塘-3#氧化塘-4#氧化塘。岸坡以1∶3的緩坡入水，構(gòu)建復(fù)式生態(tài)護坡，由岸邊至池底依次為陸生草本、親水植物、挺水植物和沉水植物。

2.1 1#氧化塘

1#氧化塘最大水深為2.8 m，坡度為13%，庫容為5 500 m3，水力停留時間為73.3 h，是一座兼性氧化塘。表層是好氧狀態(tài)，底層是兼性或厭氧狀態(tài)，其周邊種植有挺水植物菖蒲，利用菖蒲同化吸收、菖蒲根圈微生物等作用凈化污染物，同時1#氧化塘具有一定的沉淀和調(diào)節(jié)水質(zhì)水量的作用。另外，為了提高其生物量，強化1#氧化塘的凈化效果，采取了以下2個措施：（1）1#氧化塘池邊坡淺岸種植有大量的沉水植物苦草，形成沉水植物群落（俗稱水底森林），利用苦草莖葉表面微生物群落氧化作用、苦草攔截吸附作用，實現(xiàn)污染物的去除；（2）增設(shè)立體浮島生物凈化單元+人工水草，填充率約40%，水域覆蓋面積為400 m2，強化污染物的去除與轉(zhuǎn)化。

相比后續(xù)生態(tài)處理單元，1#氧化塘水體氮磷含量偏高，從2022年5月份開始，在1#氧化塘表面滋生了大量的浮萍，浮床生長過程中消耗了氮磷和有機物，并通過持續(xù)打撈的方式將污染物帶出系統(tǒng)。

2.2 潛流人工濕地

潛流人工濕地占地面積250 m2，水力停留時間為6.67 h，該潛流人工濕地是尾水深度處理的主要單元。潛流人工濕地基質(zhì)為體積比為1∶1的輕質(zhì)混凝土、火山巖，靶向除磷、除氨氮效果好。

輕質(zhì)混凝土比表面積大，材料易得，加氣輕質(zhì)混凝土由水泥、石膏、礦渣粉按一定比例混合攪拌發(fā)泡成型，由鈣質(zhì)和粉煤灰質(zhì)的加氣混凝土制備，當量粒徑為5 cm的飽滿顆粒，顆粒表觀密度為0.5～0.8 kg/dm3，置入水中浸潤飽和吸水后，密度與水接近，具有較大比表面積和吸附功能，除磷效果尤為顯著。

火山巖填料是有密集氣孔的玻璃質(zhì)熔巖，氣孔體積占巖石體積的50%以上，因孔隙多、質(zhì)量輕、能浮于水面，加上配重以后，懸浮于水體，形成自懸浮、自疏通的人工濕地，表面粗糙且微孔分布，特別適合于微生物在其表面生長和繁殖，形成生物膜且化學(xué)穩(wěn)定性好。火山巖比表面積5～20 m2/g，孔隙率60%，尺寸為Φ20～50 mm。

人工濕地內(nèi)種植有黃菖蒲，種植間距為20 cm，利用多孔性基質(zhì)和植物根系交織生長，形成一種凈化能力很強的生態(tài)濾池結(jié)構(gòu)和系統(tǒng)。而且潛流人工濕地具有良好的過濾效果，將1#氧化塘流入的浮萍和懸浮物進行徹底攔截和吸附，為后續(xù)生態(tài)處理單元提供良好的條件。

2.3 3級串聯(lián)好氧型氧化塘

3級串聯(lián)氧化塘（2#氧化塘、3#氧化塘和4#氧化塘）總面積為2 150 m2，其水深為0.8～1.0 m，其有效停留時間為25.8 h，屬于好氧型氧化塘，其水面面積分別為900 m2、230 m2和1 020 m2。在滯水區(qū)增設(shè)生態(tài)軟圍隔導(dǎo)流，軟圍隔導(dǎo)流約550 m，強化推流流場和傳質(zhì)效果，提高了水體的凈化效果，3級串聯(lián)氧化塘采用弧線形設(shè)計。好氧型氧化塘周圍種植有大量的菖蒲，提高污染物的凈化能力。

2.4 多孔介質(zhì)濾床

多級生態(tài)凈化單元末端增設(shè)多孔介質(zhì)濾床，火山巖生物填料床位于輕質(zhì)混凝土凈水填料之后，置放于多孔混凝土濾壩之間，填充厚度為0.7 m。接觸時間為20 min，面積為42 m2。以多孔性火山巖為過濾基質(zhì)，火山巖具有優(yōu)良的過濾作用和吸附作用，攔截前端多級生態(tài)凈化單元內(nèi)的植物秸稈、顆粒物和污染物，保障出水水質(zhì)達標。

3 運行效果和成本分析

2022年3-7月數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn)，多級生態(tài)處理工藝對城鎮(zhèn)污水處理廠具有良好效果，進出水數(shù)據(jù)見表2所示。

表2 多級生態(tài)處理工藝對城鎮(zhèn)污水處理廠尾水處理效果

4 結(jié)論

多級生態(tài)處理工藝是由兼性氧化塘-潛流人工濕地-多級好氧型氧化塘-生態(tài)濾壩，結(jié)合了不同類型的生態(tài)凈化單元，達到了良好的協(xié)同凈化效果，保證了出水水質(zhì)的穩(wěn)定性和可靠性。多級生態(tài)處理工藝運行管理費用幾乎為零，利用自然生態(tài)系統(tǒng)深度凈化，實踐過程中發(fā)現(xiàn)，多級生態(tài)處理工藝為人們生產(chǎn)生活提供了良好的休閑地，改變了區(qū)域微生態(tài)系統(tǒng)，形成生態(tài)效益和經(jīng)濟效益的有效結(jié)合。