張龍飛

（臨沂市生態(tài)文明建設(shè)服務(wù)中心，山東 臨沂 276000）

引 言

水污染治理是環(huán)保領(lǐng)域的一項(xiàng)重大任務(wù)，需要進(jìn)行全面規(guī)劃并持續(xù)執(zhí)行，同時(shí)必須得到充足的技術(shù)與資金支撐。目前我國(guó)已經(jīng)取得了一定的水污染治理成果，實(shí)施了污水排放標(biāo)準(zhǔn)并采用了水污染治理技術(shù)，解決了諸多水污染問(wèn)題。然而，不同地區(qū)的水污染事件仍時(shí)有發(fā)生，導(dǎo)致生態(tài)被破壞，影響了人們的生產(chǎn)生活。因此，我們需要進(jìn)一步研究更科學(xué)的污水治理方法。

1 人工水草凈化技術(shù)

1.1 人工水草布置

該技術(shù)選取的人工水草為超細(xì)立體纖維人工水草，該類型的水草材料為超細(xì)纖維，具有安全環(huán)保、吸附能力強(qiáng)的優(yōu)勢(shì)，使水體中的微生物附著表面積進(jìn)一步擴(kuò)大。投放的人工水草密度應(yīng)為1棵／m2，并在底部搭載配重，頂部配備塑料植被作為浮子，確保水草在水中始終保持在合適的位置。

1.2 人工水草凈水

1.2.1 溫度

1.2.1.1 COD去除率

人工水草凈水的COD（化學(xué)需氧量）去除率取決于溫度，-20 ℃低溫條件下的COD去除率極低，40 ℃高溫條件下的COD去除率高，并在持續(xù)3 d后逐漸趨于穩(wěn)定，由此可說(shuō)明在40 ℃條件下可以高效去除COD。這是因?yàn)?0 ℃的溫度下，人工水草會(huì)成為微生物的棲息地，此時(shí)人工水草的主要作用是吸附微生物。在這一溫度條件下，微生物會(huì)在人工水草表面生長(zhǎng)繁殖并逐漸形成生物膜，此生物膜成為COD降解的主要成分。-20 ℃低溫環(huán)境下的微生物活性被嚴(yán)重削弱，因此COD去除率下降。

1.2.1.2 氨氮去除率

進(jìn)一步分析不同溫度條件下，人工水草對(duì)污水氨氮的去除率，40 ℃溫度條件下的氨氮去除率相比-20 ℃的氨氮去除率更高，同理是因?yàn)闇囟葲Q定了水中微生物的活躍度，-20 ℃的溫度條件會(huì)阻礙硝化和反硝化反應(yīng)的進(jìn)行，使得微生物無(wú)法持續(xù)性地開(kāi)展硝化反應(yīng)，導(dǎo)致氨氮降解效率下降。

1.2.2 水力停留時(shí)間

1.2.2.1 COD去除率

人工水草去除COD的濃度在初期與時(shí)間成反比，經(jīng)過(guò)48 h、72 h后，去除濃度保持平緩，即COD去除濃度維持在穩(wěn)定狀態(tài)。人工水草COD去除率與水力停留時(shí)間成正比，相應(yīng)的伴隨時(shí)間的延長(zhǎng)，水中微生物更加活躍，此時(shí)的人工水草表面附著的生物膜可以充分降解COD，同樣經(jīng)過(guò)48 h、72 h后，去除濃度保持平緩，即COD去除濃度維持在穩(wěn)定狀態(tài)。

1.2.2.2 氨氮去除率

在水力停留時(shí)間不同的情況下，人工水草去除氨氮濃度與水力停留時(shí)間呈反相關(guān)，且48 h后逐漸趨于穩(wěn)定，即濃度達(dá)到最小值且無(wú)大幅度變化。因此，人工水草去除氨氮濃度與水力停留時(shí)間呈反相關(guān)，且經(jīng)過(guò)48 h，濃度變化趨于穩(wěn)定，氨氮去除率與水力停留時(shí)間呈正相關(guān)，同樣經(jīng)過(guò)48 h達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)。

2 人工濕地生態(tài)系統(tǒng)

2.1 搭建人工濕地

2.1.1 工程平面布置

布置總平面需要結(jié)合區(qū)域場(chǎng)地實(shí)際情況，具體為避開(kāi)周邊必要建筑、避免破壞生態(tài)環(huán)境；最大限度減少開(kāi)挖土方量，可以使工程造價(jià)減少。單元布置需要充分結(jié)合現(xiàn)有的地形、地貌情況，具體包括充分利用地勢(shì)情況進(jìn)行單元分隔。將人工濕地劃分為7個(gè)區(qū)域，配合總體并聯(lián)、內(nèi)部串聯(lián)的布置方式，其中每個(gè)區(qū)域都擁有1個(gè)兼性塘、1個(gè)潛流濕地單元，潛流濕地出水遵循就近原則進(jìn)入表流濕地，其主要作用為好氧塘-兼性塘的沉淀、水解、配水。人工濕地工藝單元設(shè)計(jì)中的兼性塘水面總面積為21.5 hm2，且要求進(jìn)水口高于塘底1.0 m，污水通過(guò)進(jìn)水管道流入深度為4.0 m的兼性塘。塘末端底部配備生態(tài)基，該生態(tài)基為厭氧微生物創(chuàng)造附著生長(zhǎng)條件，提升微生物凈水效果。

2.1.2 濕地內(nèi)部細(xì)化設(shè)計(jì)

人工濕地配水系統(tǒng)利用水的自重流至兼性塘，濕地設(shè)計(jì)的水平潛流寬度為100 m。人工濕地配水方式為多級(jí)配水、多級(jí)集水交互方式，配水干渠寬度為10 m、深度為1.5 m；相應(yīng)的配水支渠寬度為5 m、深度為1.5 m。在人工濕地的每個(gè)處理單元側(cè)均配備應(yīng)急排水通道，寬度為5 m、深度為3 m，設(shè)計(jì)坡度比為1：3。鑒于本次研究中 的人工濕地?fù)碛休^高的生態(tài)敏感性，因此本人工濕地選用的防滲手段為原土夯實(shí)，要求黏土厚度≥30 cm[1]。

2.1.3 輔助工程

2.1.3.1 魚巢磚護(hù)坡

魚巢磚護(hù)坡工程主要依賴魚巢磚之間的連接來(lái)鎖定，并借助磚的自重固定岸坡。磚空隙內(nèi)栽種水生植物，充分發(fā)揮水生植物固土凈水的作用，并為水生生物提供水下生存棲息地。

2.1.3.2 植草袋護(hù)坡

植草袋護(hù)坡能夠削弱水流對(duì)植物和護(hù)坡的沖擊力，與此同時(shí)達(dá)到保土滲水的效果，使植被擁有更加理想的生存條件。

2.1.3.3 石籠生態(tài)坡

石籠生態(tài)坡能夠?yàn)樗律锾峁?、繁衍條件。該工程具有理想的通透性，其充分運(yùn)用植物、巖石、木樁、土體的相互作用，構(gòu)建一種綜合性護(hù)坡，可以有效防護(hù)岸坡、攔截入河污染物、保護(hù)河岸免受水流侵蝕。

2.2 打造人工生態(tài)系統(tǒng)

2.2.1 水生植物群落

水生植物是人工濕地的主要組成部分，在生態(tài)系統(tǒng)中起到了重要作用。人工濕地充分運(yùn)用水生植物的凈化功能實(shí)現(xiàn)水體的凈化。人工濕地對(duì)水生植物進(jìn)行選擇的過(guò)程中，需要遵循因地制宜的原則，充分發(fā)揮水生植物的凈化價(jià)值、經(jīng)濟(jì)價(jià)值、觀賞價(jià)值。人工生態(tài)系統(tǒng)選擇的水生植物包括蘆葦、香蒲等濕生植物，在表濕地淺水區(qū)選擇黃花鶯尾、菖蒲等挺水植物；在深水區(qū)選擇苦草、金魚藻、輪葉黑藻等沉水植物，由此增強(qiáng)人工濕地對(duì)氮、磷的生態(tài)凈化作用。

2.2.2 底棲動(dòng)物群落

為了進(jìn)一步加速人工濕地沉積物積累，本次研究選擇在水底搭建適應(yīng)低溶解氧、耐有機(jī)污染的生物群落，并通過(guò)在人工生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)構(gòu)建完整的生物鏈來(lái)達(dá)到這一目的。主要投入底棲動(dòng)物作為生態(tài)系統(tǒng)的分解者，實(shí)現(xiàn)生態(tài)系統(tǒng)循環(huán)。

3 蚯蚓生態(tài)濾池技術(shù)

3.1 培養(yǎng)蚯蚓

3.1.1 圓形蚯蚓生態(tài)濾池

濾池尺寸：直徑q=3.7 m、總高h(yuǎn)=1.83 m。蚯蚓濾池內(nèi)部擁有明確的區(qū)域劃分，包括布水區(qū)、填料區(qū)、濾出液排水區(qū)。濾池布水使用旋轉(zhuǎn)布水器。填料區(qū)的生物填料透氣度、透水性高，屬于混合型惰性載體，由8～12目石英砂作為主要填料。填料高度保持在0.25 m，濾出液排水區(qū)有效高度保持在0.16 m。

3.1.2 蚯蚓培養(yǎng)床

該技術(shù)使用專用的蚯蚓培養(yǎng)床培養(yǎng)蚯蚓，蚯蚓培養(yǎng)床為尺寸30×30×30 cm的竹編框?？蝮w內(nèi)加入厚度為10 cm的底層基質(zhì)，其主要成分為含水率32%的土壤與含水率64%的蚯蚓糞，按照質(zhì)量比2∶1均勻混合而成。框體底層基質(zhì)接種蚯蚓個(gè)體，質(zhì)量為（200±15）mg，約200條，持續(xù)平衡48 h后，將不同比例混合的500 g基質(zhì)投入各培養(yǎng)床中，當(dāng)70%的基質(zhì)成功轉(zhuǎn)化為蚓糞時(shí)，再次添加500 g基質(zhì)。每次添加新基質(zhì)需要平整覆蓋在原有基質(zhì)表層，每次添加新基質(zhì)前，需要取出框體內(nèi)已經(jīng)變質(zhì)和板結(jié)的基質(zhì)，且需要將基質(zhì)厚度維持在5 cm。

3.2 增加含氧量

填料中蚯蚓的一系列活動(dòng)會(huì)使濾池氧含量增加，并且可以有效改善濾池內(nèi)沉積的污泥，確保蚯蚓的生存環(huán)境始終保持良好狀態(tài)。濾床中含有的蚓糞擁有多孔帶負(fù)電性，因此蚓糞能夠吸附污水中的有機(jī)物、銨態(tài)氮，使得濾池硝化能力得到提升，相應(yīng)的出水水質(zhì)、污泥減量化、穩(wěn)定化能夠得到保障。

3.3 微生物同步處理

3.3.1 物理截留和吸附

蚯蚓微生物生態(tài)濾池的粒徑填料直徑通常為3～5 mm，相應(yīng)增加填料比表面積可使濾池體積利用率及濾池截留和吸附能力得到提升。在蚯蚓的運(yùn)動(dòng)下，濾池能夠保持理想的疏通效果，有效防止傳統(tǒng)小粒徑填料堵塞生物濾池，使濾池系統(tǒng)的透氣性始終保持在良好狀態(tài)，為濾池污染物降解提供充足的氧氣，防止濾池系統(tǒng)形成厭氧環(huán)境，影響蚯蚓生活。

3.3.2 生化降解轉(zhuǎn)化

在濾池填料的截留和吸附作用下，污水中含有的有機(jī)污染物的生物降解性增強(qiáng)，可以在微生物的作用下直接降解合成微生物體，其余部分都會(huì)被蚯蚓吸收利用。通常難于生物降解的有機(jī)物質(zhì)會(huì)在蚯蚓、微生物的多次循環(huán)利用下，以蚯蚓生物體、蚓糞作為最終形態(tài)出現(xiàn)。該過(guò)程在提升有機(jī)污染物生物降解性的同時(shí)，還從根本上減少了系統(tǒng)代謝產(chǎn)物量，并且有效改善了生物濾池的衛(wèi)生條件[2]。

4 生物浮島技術(shù)

4.1 浮島類型選擇

使用曝氣生態(tài)浮島，污水氨氮去除率低下的主要原因是溶解氧（DO），而在浮島系統(tǒng)中配備曝氣管，使得溶解氧硝化作用及氨氮去除效果得到強(qiáng)化，為水處理中的好氧微生物生長(zhǎng)、發(fā)育、繁殖創(chuàng)造條件。

4.2 搭建立體凈化系統(tǒng)

4.2.1 曝氣生態(tài)浮島

曝氣生態(tài)浮島為組合式生態(tài)浮島凈化系統(tǒng)，主要由中心設(shè)備箱、生態(tài)浮床共同組成。中心設(shè)備箱連接生態(tài)浮床，且中心設(shè)備箱中配備微生物調(diào)理劑添加裝置、空氣壓縮機(jī)，其中中心設(shè)備箱上表面配備光伏板系統(tǒng)，且中心設(shè)備箱與生態(tài)浮床的下表面均配有橡膠浮墊，在生態(tài)浮床的上方種有水生植物。同時(shí)中心設(shè)備箱、生態(tài)浮床下表面均配有生物填料繩，生物填料繩當(dāng)中裝填微生物且底部有配重?？諝鈮嚎s機(jī)的出氣端與浮島系統(tǒng)主氣管連接，主氣管出氣端與出氣管網(wǎng)連接，在出氣管網(wǎng)的表面擁有N個(gè)出氣孔。

4.2.2 遠(yuǎn)程控制生物脫氮

空氣壓縮機(jī)、輸送泵接受控制系統(tǒng)的遠(yuǎn)程控制，由此可以定時(shí)啟動(dòng)空氣壓縮機(jī)。通過(guò)調(diào)整運(yùn)行周期、曝氣時(shí)間，可以使浮島中的微生物同時(shí)在固定時(shí)段擁有缺氧、好氧條件，從而為生物脫氮?jiǎng)?chuàng)造最佳環(huán)境條件。缺氧條件下的反硝化菌的碳源為水中的有機(jī)物，硝態(tài)氮被還原為氮?dú)?；好氧條件下，水中的有機(jī)物被碳氧化，氨氮硝化反應(yīng)生成硝酸氮[3]。

5 氧化溝技術(shù)

5.1 裝置介紹及選擇

（1）氧化溝裝置為T型氧化溝系統(tǒng)，正式投入氧化溝凈水的設(shè)備共計(jì)三組系統(tǒng)。系統(tǒng)轉(zhuǎn)刷曝氣機(jī)實(shí)現(xiàn)曝氣和混合，系統(tǒng)溝壁上設(shè)有連通孔，該連通孔為每組系統(tǒng)彼此間的連接創(chuàng)造條件。位于中間的系統(tǒng)稱作中間溝，中間溝的轉(zhuǎn)刷保持持續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，分列兩側(cè)的系統(tǒng)氧化溝交替進(jìn)行曝氣氧化、反硝化，中間溝轉(zhuǎn)刷的運(yùn)行必須要處于曝氣和混合反硝化進(jìn)行階段。（2）污水經(jīng)過(guò)處理后在沉淀池中沉淀，出水堰對(duì)沉淀池進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)，隨后將處理水溢出。每組氧化溝系統(tǒng)的處理能力：處理量為33 000 m3/d、氧化溝寬度為73 m、水深為3.5 m、沉淀池容積為19 950 m3。（3）氧化溝轉(zhuǎn)刷屬于消耗品，因此需要及時(shí)更換、保養(yǎng)。為便于轉(zhuǎn)刷的維護(hù)與使用，在每組氧化溝系統(tǒng)上方配備一組轉(zhuǎn)刷橋，且配備52部轉(zhuǎn)刷安裝曝氣機(jī)，包括24部單速曝氣機(jī)、18部雙速曝氣機(jī)。氧化溝系統(tǒng)使用的轉(zhuǎn)刷參數(shù)：直徑為1 m、長(zhǎng)度為9 m、轉(zhuǎn)速為72 r/min、功率為45 kW、充氧速度為75 kgO2/h。（4）每組氧化溝的中間橋配備一只溶解氧連續(xù)測(cè)定探頭，作用是連續(xù)測(cè)定處理水中含有的溶解氧值，并及時(shí)將測(cè)定數(shù)值傳輸?shù)絇LC、總控室，全過(guò)程由預(yù)設(shè)程序控制。（5）兩側(cè)氧化溝出水口各配備8部可調(diào)式溢流出水堰，作用是調(diào)節(jié)控制轉(zhuǎn)刷浸水深度。將預(yù)先編制的運(yùn)行程序輸入氧化溝系統(tǒng)的PLC，隨后啟動(dòng)氧化溝系統(tǒng)，PLC會(huì)嚴(yán)格按照程序?qū)M(jìn)水、溝內(nèi)運(yùn)行方式進(jìn)行調(diào)整，由此實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)污水處理工藝流程的控制。氧化溝裝置配備溶解氧控制系統(tǒng)，在控制時(shí)間的基礎(chǔ)上結(jié)合氧化溝設(shè)定的溶解氧范圍自動(dòng)控制轉(zhuǎn)刷的工作狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)半自動(dòng)化運(yùn)行。氧化溝的出廠運(yùn)行模式包括硝化運(yùn)行模式、硝化—反硝化模式。其中硝化溶解氧控制濃度為2.0 mg/L、反硝化溶解氧濃度<0.5 mg/L。進(jìn)入硝化運(yùn)行模式，此時(shí)只需氨氮氧化即可；進(jìn)入硝化一反硝化模式，能夠達(dá)到生物脫氮的效果，相關(guān)人員應(yīng)結(jié)合實(shí)際情況選擇合適的模式[4]。

5.2 水脫氮

5.2.1 硝化階段

好氧條件下應(yīng)準(zhǔn)備氨化細(xì)菌、好氧氨氧化菌、亞硝酸鹽氧化菌。在反應(yīng)器中置入含氮有機(jī)物，再由氨化細(xì)菌降解含氮有機(jī)物為氨氮，作為亞硝化基質(zhì)。亞硝化菌將氨氮氧化為亞硝態(tài)氮，而后進(jìn)一步被氧化為硝態(tài)氮。

5.2.2 反硝化階段

反硝化階段需要保持缺氧環(huán)境，通過(guò)反硝化細(xì)菌還原硝態(tài)氮為氮?dú)獠⑴懦?，最終實(shí)現(xiàn)脫氮。

5.3 水除磷

除磷法為兩階段生物法，氧化溝系統(tǒng)在好氧環(huán)境下吸收磷、在厭氧環(huán)境下釋放磷。聚磷菌在厭氧環(huán)境下會(huì)將發(fā)酵產(chǎn)物和有機(jī)酸吸收，吸收的物質(zhì)被運(yùn)輸至聚磷菌細(xì)胞內(nèi)，隨后同化為能源儲(chǔ)存物質(zhì)，由聚磷水解細(xì)胞內(nèi)的糖酵解提供全過(guò)程能量，厭氧環(huán)境下的磷酸鹽被全部釋放。聚磷菌在好氧環(huán)境下經(jīng)過(guò)氧化分解獲取能量，從而重新恢復(fù)活性。在厭氧階段，原污水中的磷在聚磷菌細(xì)胞體內(nèi)合成聚磷酸鹽，并以富磷污泥的形式存儲(chǔ)，再排出氧化溝系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)除磷。

6 結(jié)語(yǔ)

水是人類生存不可或缺的要素，我國(guó)是人口大國(guó)，雖然水資源相對(duì)豐富，但人均淡水資源卻低于世界平均水平，所以保護(hù)水資源迫在眉睫。有關(guān)部門需加強(qiáng)對(duì)水污染治理的重視程度，找出污染源頭并實(shí)施綜合防治措施，持續(xù)推進(jìn)生態(tài)環(huán)境的進(jìn)步。