范敬蘭¹，牛乙寶²，丁維程³，吳鵬莉¹

（1.            徐州市河湖管理中心 江蘇 徐州221018；2.徐州經(jīng)濟(jì)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）

摘 要：采用多級生態(tài)處理工藝深度處理城鎮(zhèn)生活污水廠尾水，研究多級生態(tài)處理工藝深度處理尾水效果和原理以及構(gòu)筑物設(shè)計(jì)參數(shù)。實(shí)踐結(jié)果表明：多級生態(tài)處理工藝深度處理城鎮(zhèn)生活污水廠尾水是可行的，污水廠尾水排放標(biāo)準(zhǔn)為《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB18918-2002)一級A時(shí)，多級生態(tài)處理工藝出水濃度穩(wěn)定優(yōu)于《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB3838-2002)Ⅳ類水標(biāo)準(zhǔn)，多級生態(tài)處理工藝運(yùn)行管理費(fèi)用幾乎為零，具有良好的環(huán)境效益和社會效益。

關(guān)鍵詞：尾水；污水處理廠；深度處理；生態(tài)工藝；受納水體

城鎮(zhèn)生活污水未達(dá)標(biāo)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]}。近些年來，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(hù)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(biāo)準(zhǔn)為《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB18918-2002)一級A標(biāo)準(zhǔn)，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)管和運(yùn)行管理仍然存在較多問題，城鎮(zhèn)污水處理廠尾水超標(biāo)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(dá)到《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB3838-2002）準(zhǔn)Ⅳ類水體標(biāo)準(zhǔn)方可排入受納水體，給城鎮(zhèn)污水處理廠的運(yùn)行管理帶來了更大的壓力。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(dá)到（GB3838-2002）準(zhǔn)Ⅳ類水體標(biāo)準(zhǔn)。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(dá)到（GB3838-2002）準(zhǔn)Ⅳ類水體標(biāo)準(zhǔn)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(diǎn)，給城鎮(zhèn)污水處理廠的運(yùn)行管理帶來了更大的問題和難度^[5-7]。

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(shí)力偏弱等問題，尋求凈化效率高、管理簡單、運(yùn)行費(fèi)用低的技術(shù)顯得尤為重要^[8]。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(yàn)^{[9, 10]}。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(bǔ)，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(biāo)改造為背景，在污水處理廠尾水再進(jìn)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(biāo)改造和尾水深度處理提供參考。

1項(xiàng)目簡介

1.1項(xiàng)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800t/d；另一套為MBR工藝，處理規(guī)模為1000t/d；總處理規(guī)模為1800t/d，執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)為《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB18918-2002)一級A標(biāo)準(zhǔn)，服務(wù)人口7000人。但是城鎮(zhèn)污水處理廠出水必須達(dá)到《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB3838-2002）準(zhǔn)Ⅳ類水體標(biāo)準(zhǔn)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(yùn)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(yùn)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(jìn)水在調(diào)節(jié)池內(nèi)進(jìn)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(jìn)行分別處理，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所示。

表1 城鎮(zhèn)污水處理廠各構(gòu)筑物參數(shù)

進(jìn)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(jì)量槽等后匯入配水池，缺氧池和好氧池內(nèi)補(bǔ)充30%左右的多孔懸浮球填料（內(nèi)置聚氨酯棉），強(qiáng)化污水處理系統(tǒng)的處理能力；進(jìn)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(jìn)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)處理工藝流程圖

1.3城鎮(zhèn)污水處理廠原水

城鎮(zhèn)污水處理廠原水水質(zhì)隨季節(jié)、氣溫、降雨量和周邊環(huán)境等情況而變化，以2021年11月-2022年7月為例，COD為45.6-221.3mg/L，氨氮為6.51-35.6mg/L，總氮為9.64-54.3mg/L，總磷為0.91-6.54mg/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(jìn)出水水質(zhì)以在線檢測儀（江蘇海德）顯示的數(shù)據(jù)為準(zhǔn)；多級生態(tài)處理工藝出水以手工檢測為準(zhǔn)，手工檢測方法采用國標(biāo)法進(jìn)行。

2 主要構(gòu)筑物設(shè)計(jì)和管理

多級生態(tài)處理工藝面積約為5111.9 m²，包括4級氧化塘（占地面積3150 m²）和1級潛流人工濕地（占地面積250 m²）以及溝渠面積1711.9 m²，推流式流態(tài)設(shè)計(jì)，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(hù)坡，由岸邊至池底依次陸生草本、親水植物、挺水植物和沉水植物，完善生態(tài)鏈。

2.1  1#氧化塘

1#氧化塘最大水深為2.8米，坡度為13%，庫容為5500m³，水力停留時(shí)間為73.3 h， 是一座兼性氧化塘，表層氧化塘是好氧狀態(tài)，底層氧化塘是兼性或厭氧狀態(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(shí)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(qiáng)化1#氧化塘的凈化效果，采取了以下兩個(gè)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(shí)現(xiàn)污染物的去除；（2）在增設(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400m²，強(qiáng)化污染物的去除與轉(zhuǎn)化。

相對于后續(xù)生態(tài)處理單元，1#氧化塘水體氮磷含量相對偏高，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(jī)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(shí)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(dāng)量粒徑為5cm的飽滿顆粒，顆粒表觀密度為0.5~08kg/m³，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，表面是粗糙且微孔分布，其特征特別適合于微生物在其表面上的生長和繁殖以形成生物膜，且化學(xué)穩(wěn)定性（耐酸和堿）好。火山巖比表面積5~20m²/g，孔隙率60%，尺寸：Φ20-50mm。

人工濕地內(nèi)種植有黃菖蒲，種植間距為20cm，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(qiáng)的生態(tài)濾池結(jié)構(gòu)和系統(tǒng)。而且潛流人工濕地良好的過濾效果，將1#氧化塘流入的浮萍和懸浮物進(jìn)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2150 m²，其水深為0.8-1.0m，其有效停留時(shí)間為25.8 h。屬于好氧型氧化塘，其水面面積分別為900m²、230m²和1020m²。為了提高水體滯水區(qū)，在滯水區(qū)增設(shè)生態(tài)軟圍隔導(dǎo)流，增設(shè)軟圍隔導(dǎo)流約550m，強(qiáng)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(jì)。好氧型氧化塘周圍種植有大量的菖蒲，提高污染物的凈化。

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（Φ20-50mm、孔徑為10-15mm、孔隙率60%）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0.7m。接觸時(shí)間為20min，面積為42m²；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(dá)標(biāo)。

3 運(yùn)行效果和成本分析

2022年3月-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的效果，進(jìn)出水?dāng)?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 討論

多級生態(tài)處理工藝運(yùn)行管理費(fèi)用幾乎為零，多級生態(tài)處理工藝完全利用人工強(qiáng)化的自然生態(tài)系統(tǒng)進(jìn)行深度凈化，凈化效果好。實(shí)踐過程中發(fā)現(xiàn)，多級生態(tài)處理工藝良好的社會效益，為人們生產(chǎn)生活提供了良好的休閑地，與此同時(shí)，多級生態(tài)處理工藝形成生態(tài)環(huán)境效益和經(jīng)濟(jì)效益，不僅改變了區(qū)域微生態(tài)系統(tǒng)，而且成為垂釣的好場所。

5 結(jié)論

（1）多級生態(tài)處理工藝處理城鎮(zhèn)生活污水尾水具有良好的可行的。當(dāng)尾水水質(zhì)為一級A時(shí)，出水水質(zhì)顯著優(yōu)于《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB3838-2002)準(zhǔn)Ⅳ類水標(biāo)準(zhǔn)（總氮≤5mg/l），保證尾水能排入受納水體。

（2）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(dá)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。

參考文獻(xiàn)：

[1]申云鳳. 鄉(xiāng)村振興視野下農(nóng)村環(huán)境污染的管理與控制方法研究[J]. 環(huán)境科學(xué)與管理. 2021,46(7):29-34

[2]南喜梅, 張飛云. 基于農(nóng)戶視角的臨洮縣農(nóng)村環(huán)境污染狀況調(diào)查[J].浙江農(nóng)業(yè)科學(xué). 2021,62(10):2107-2110

[3]劉學(xué)杰. 農(nóng)村環(huán)境污染防治法律規(guī)制研究[J].農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì). 2021,(11):37-39

[4]馬鵬超, 朱玉春. 設(shè)立村級河長提升農(nóng)村水環(huán)境治理績效了嗎?——基于傾向得分匹配（PSM）的反事實(shí)估計(jì)[J]. 南京農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)(社會科學(xué)版). 2022,22(1):149-159

[5]沙桐.UST-ABR與MBR組合工藝處理農(nóng)村生活污水的試驗(yàn)研究[D]. 沈陽:沈陽建筑大學(xué), 2020

[6]熊卿. MBR工藝處理城鎮(zhèn)污水工藝研究[D].南昌: 南昌大學(xué), 2016

[7]郭敏曉. A²/O與MBR工藝在處理城市綜合污水上的比較[D]. 杭州: 浙江工業(yè)大學(xué), 2015

[8]楊峰, 曹勛, 李冬梅, 等. 生態(tài)工程在尾水深度處理中的應(yīng)用——以洪澤尾水生態(tài)工程為例[J].四川環(huán)境. 2019,38(1):132-139

[9]張?jiān)? 生態(tài)濕地技術(shù)用于城市污水處理廠尾水深度處理[J].中國給水排水. 2017,33(4):87-89

[10]傅家超, 王衛(wèi)虎. 城市污水處理廠尾水深度處理中生態(tài)濕地技術(shù)的應(yīng)用價(jià)值[J].區(qū)域治理, 2020, (49): 92

作者簡介：范敬蘭（1965_），男，江蘇豐縣人，本科學(xué)歷，徐州市河湖管理中心高級工程師，研究方向?yàn)樗h(huán)境治理、污水處理，聯(lián)系電話：13776789725，郵箱：284275579@qq.com

基金項(xiàng)目：江蘇省水利科技項(xiàng)目（2020045）

作者簡介：范敬蘭（ 1965-   ）男，高級工程師，本科，主要從事水環(huán)境治理方面研究，284275579@qq.com