人工复合生态床处理生活污水的小试研究

刘超翔 孟远航 胡洪营 黄霞 施汉昌 钱易
（清华大学环境科学与工程系环境模拟与污染控制国家重点联合实验室，北京，100084。）

1．前言

　　湿地处理系统是将污水有控制地投配到经常处于饱和状态的，生长有芦苇、香蒲等沼泽植物的土地上，污水在沿一定方向流动过程中在植物、土壤和微生物的联合作用下得到净化的一种土地处理系统。人工复合生态床作为湿地系统的一种，具有工艺简单、运行管理方便、生态环境效益显著、投资少等优点，适合于城市和村镇生活污水的处理。
　　所谓人工复合生态床就是在人工湿地形式的基础上，在其内部填充多孔的、有较大比表面积的介质，以改善湿地的水力学性能，为微生物提供更大的附着面积，同时增强系统对污染物，尤其是氮、磷的去除能力。本研究利用实验室小试装置对人工复合生态床处理生活污水的运行性能，即氮、磷及COD去除性能进行了研究，同时考察了床体内部水的流动特征。

2．试验装置与方法

　　2．1 试验装置
　　小试装置设在温室内，其容积为0.9m3(3m×0.5m×0.6m,坡度为1%),底部铺设10cm的碎石层(直径2～4cm)，中部为40cm的炉渣层，上部为10cm的土壤，水流在床体内部水平流动。床体前三分之一段种植了芦苇(4×2株，行距20cm,株距25cm)，后三分之二段种植了菖蒲(12×2株，行距20cm,株距25cm)。经测定炉渣对磷的最大吸附容量为120mg/Kg,水力传导系数为3.47×10-3mm/s。
　　2．2 废水来源及水质
　　试验用水取自清华大学一号楼后生活污水泵站。具体水质情况如表1所示。

表1 小试进水水质(mg/l) COD SCOD TN 氨氮 TP SS DO pH 150～250 60～110 25～45 20～40 2～7 28 ～82 0.2～1.0 7～8

　　2．3 分析项目及方法
　　日常分析测定的项目包括进出水的COD、TN、氨氮、TP、SS和DO。测定方法同标准方法。

3．试验结果与分析

　　3．1 污染物去除效果
　　人工复合生态床小试运行参数及控制条件如表2所示。不同阶段对生活污水的运行结果见表3。由表3，可知 在水力负荷为5～6cm/day,床体水位为55cm的条件下，出水COD浓度为21.7mg/l，TN为9.4mg/l，TP为0.26mg/l,COD,TN，TP平均去除率分别为88%，74%，91%。在维持床体水位不变条件下，将系统水力负荷提高到10cm/day时污染物去除率略有下降，分别为 86%，63%，82%。第III阶段水力负荷降为5.8cm/day,但同时将水位由55cm降低到45cm,COD和TP的去除效率开始上升，但TN的去除率没有升高，为55%。对床体沿程取样分析结果表明(如图1)，在床体前三分之一段对污染物的去除效果明显，COD、TN和TP的去除率分别为90%、63%和87%。实验还对DO对TN去除效果的影响进行了研究。在对进水强化曝气，维持出水DO浓度为2～3mg/L的条件下，TN(特别是氨氮)的去除效率并没明显提高，表明运行装置内，特别是炉渣层的硝化菌浓度低，使得TN的去除效果不太理想。运行过程中植物生长良好，由于植物的输氧作用，出水DO浓度(0.9～2.2mg/l)略高于进水。

表2 小试运行条件 温度
(度) 时间
(天) 流量
(l/day) 水力负荷
（cm/day） HRT
（天） 阶段I 23～28 1～12 64.8 5 6 阶段II 25～32 13～20 129.6 10 3 阶段III 28～33 21～45 72 5.8 5

表3 不同阶段污染物的去除效果 污染物指标 阶段I 阶段II 阶段III 进水 出水 去除率 进水 出水 去除率 进水 出水 去除率 TN(mg/l) 35.6 9.43 74 36.9 14.4 63 30.0 13.2 58 TP(mg/l) 2.74 0.26 91 3.84 0.74 82 4.5 0.80 85 COD(mg/l) 167.5 21.7 88 253 36.5 86 210.0 24.7 90 SS(mg/l) 60 未检出 约100 160 未检出 约100 129 未检出 约100

　　3．2 流态试验
　　采用氯化锂为示踪剂分析了人工复合生态床内部流态特征，得到的停留时间和完全混合模型的一种流态，其特点为早出峰，曲线后半段接近完全混合流态。通过对停留时间分布曲线的计算，在10cm/day的水力负荷下，平均停留时间为2.3天，而理论停留时间为3天。这些结果说明床体存在短流。

4．结论

　　(1) 人工复合生态床小试系统对生活污水有着良好的处理效果。整个运行期间，COD、TN和TP的平均去除效率分别在85%、60%和80%以上。随着水力负荷的提高和反应器水位的降低，系统的去除效率略有下降。
　　(2) 小试装置的水力停留时间分布曲线为介于理想推流和完全混合模型的一种流态，其特点为早出峰，曲线后半段接近完全混合流态。床体存在短流。