組合濕地在處理化工園區(qū)污水處理廠尾水工程中的應(yīng)用

水處理網(wǎng)訊:小編說：采用垂直流濕地+生態(tài)塘+表面流濕地+水平流濕地組合工藝處理化工園污水處理廠尾水工程示范。工程運(yùn)行結(jié)果表明：系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行452 d，COD、NH3-N、TN、TP平均進(jìn)水濃度45.5 mg/L、3.96 mg/L、7.99 mg/L、0.09 mg/L，平均出水濃度20.2 mg/L、0.54 mg/L、1.05 mg/L、0.02 mg/L，平均總?cè)コ史謩e556%、86.4%、86.9%及77.8%，出水水質(zhì)優(yōu)于地表水Ⅳ類標(biāo)準(zhǔn)。COD、NH3-N、TP主要在垂直流濕地中去除，去除率分別為44.56%、71.49%、45.45%;TN主要在水平流濕地中去除，去除率達(dá)到79.21%。氣相色譜-質(zhì)譜法(GC-MS)結(jié)果顯示組合濕地對(duì)尾水中難降解有機(jī)物去除較好，Miseq技術(shù)檢測(cè)結(jié)果表明垂直流人工濕地中的硝化菌和水平流濕地中反硝化菌豐度較高，表明組合濕地系統(tǒng)中具備了穩(wěn)定的脫氮微生物結(jié)構(gòu)。

化工園區(qū)在我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展中起到舉足輕重的作用。隨著環(huán)保要求的提高和水環(huán)境惡化，化工園區(qū)污水處理廠尾水深度處理成為管理者和研究者關(guān)注的熱點(diǎn)問題。與城市污水處理廠相比，化工園區(qū)污水處理廠尾水具有難降解物質(zhì)多、水質(zhì)水量變化大、氮素污染嚴(yán)重的特點(diǎn)。化工園區(qū)污水處理廠尾水深度處理方法有膜處理(超濾、納濾、反滲透等)、高級(jí)氧化、活性炭吸附等，這幾種工藝存在投資大、運(yùn)行成本高和導(dǎo)致二次污染等問題。以人工濕地為代表的生態(tài)濕地處理工藝具有運(yùn)行成本低，環(huán)境友好等特點(diǎn)，受到越來越多研究者的關(guān)注。

人工濕地處理污水處理廠尾水需要根據(jù)不同的水質(zhì)特征進(jìn)行工藝組合。目前國內(nèi)外采用人工濕地處理化工園區(qū)污水處理廠尾水的研究較少。廖波等研究了強(qiáng)化型垂直流人工濕地用于污水處理廠尾水深度處理，COD、BOD5、NH3-N和TP出水水質(zhì)優(yōu)于地表水Ⅳ類標(biāo)準(zhǔn)。鄭曉英等采用鐵炭內(nèi)電解垂直流人工濕地對(duì)污水處理廠尾水深度脫氮效果，系統(tǒng)出水維持在10 mg/L以下。如何將化工園區(qū)污水處理廠尾水主要水質(zhì)指標(biāo)從一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)處理至地表水Ⅳ類標(biāo)準(zhǔn)是本文研究的難點(diǎn)。本文以蘇南某化學(xué)工業(yè)園區(qū)污水處理廠尾水為研究對(duì)象，構(gòu)建組合濕地處理工藝，將一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)尾水處理至Ⅳ類水，考察組合濕地凈化效果，探討TN等指標(biāo)去除機(jī)理，以期對(duì)化工園區(qū)污水處理廠尾水深度治理提供借鑒。

1 項(xiàng)目概況

1.1 化工園區(qū)污水處理廠概況

江蘇某化工園區(qū)重點(diǎn)發(fā)展氟化學(xué)新材料、精細(xì)化工、生物化工等主導(dǎo)產(chǎn)業(yè)。園區(qū)排污水企業(yè)約有40家，每個(gè)企業(yè)均有預(yù)處理設(shè)施，經(jīng)過預(yù)處理后達(dá)到接管標(biāo)準(zhǔn)然后排入化工園區(qū)污水處理廠。工業(yè)園區(qū)污水處理廠采用調(diào)節(jié)池+混凝沉淀+厭氧水解+水解沉淀+缺氧池+好氧池+二沉池作為主體工藝，出水COD、NH3-N、TN、TP執(zhí)行《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB 18918-2002)一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)，氟化物滿足《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB 8978-1996)一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。設(shè)計(jì)處理規(guī)模為1.0萬m³/d，化工污水占比例90%以上。

1.2 示范工程項(xiàng)目概況

組合濕地處理設(shè)計(jì)規(guī)模0.4萬m³/d，平均流量Qavg=166.7 m³/h。總變化系數(shù)取KZ=1.2，最大設(shè)計(jì)流量為Qmax=200.04 m³/h。組合濕地工程設(shè)計(jì)進(jìn)、出水水質(zhì)見表1。

2 示范工程設(shè)計(jì)

2.1 示范工程工藝技術(shù)路線

針對(duì)化工園區(qū)污水處理廠尾水TN濃度高、難降解有機(jī)物高、B/C低的特點(diǎn)，選擇以垂直流-水平流濕地為主，這個(gè)組合工藝優(yōu)點(diǎn)是脫氮效果好。尾水中NH3-N和有機(jī)氮在垂直流單元好氧條件下進(jìn)行氨化和硝化作用，將難降解有機(jī)物轉(zhuǎn)化成易降解有機(jī)物，為反硝化提供碳源;其次在水平流濕地單元缺氧條件下利用垂直流濕地出水中的碳源和硝酸鹽進(jìn)行反硝化，最終達(dá)到脫氮的目的。因本工程污水處理廠尾水中TP濃度較低，考慮到遠(yuǎn)期園區(qū)發(fā)展，預(yù)留在垂直流和水平流之間設(shè)施生態(tài)塘和表面流濕地作為除磷備用單元。工藝流程見圖1。

(1)化工園區(qū)污水處理廠尾水通過泵提升至調(diào)節(jié)池。在調(diào)節(jié)池中污水進(jìn)行水質(zhì)調(diào)節(jié)，通過布水器將污水均勻布置到垂直流濕地中。

(2)在垂直流濕地中濾料及植物通過吸附、過濾、吸收作用，降解尾水中難降解的有機(jī)物、進(jìn)行硝化作用;垂直流出水自流進(jìn)入生態(tài)塘，生態(tài)塘出水進(jìn)入表面流濕地。

(3)表面流濕地自流進(jìn)入水平流濕地，在水平流濕地中污水得到進(jìn)一步凈化，通過濾料及植物上微生物反硝化作用去除污水中TN。

(4)水平流人工濕地達(dá)標(biāo)污水進(jìn)入工業(yè)水廠進(jìn)行回用。

2.2 示范工程各工藝單元設(shè)計(jì)

(1)調(diào)節(jié)池。功能：調(diào)節(jié)進(jìn)水水量和水質(zhì)，自動(dòng)控制垂直流濕地的布水。調(diào)節(jié)池為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，尺寸：D×H=12 m×2.5 m，有效容積約230 m³。主要設(shè)備：設(shè)有電動(dòng)閥20套，功率0.75 kW;配溢流堰。

(2)垂直流濕地。功能：污水通過重力，從上至下流經(jīng)生態(tài)濕地進(jìn)行物理處理和生化處理。1座，20組，2布1膜。尺寸：20 000 m²。停留時(shí)間5 d。主要設(shè)備：設(shè)有回流泵1臺(tái)，功率為7.5 kW。種植蘆葦(Phragmites australis)、美人蕉(Canna indica L.)等植物,種植密度不低于16株/m²。

(3)生態(tài)塘。功能：進(jìn)一步凈化水質(zhì)，構(gòu)建微生態(tài)系統(tǒng)，帶來生態(tài)及景觀效應(yīng)。1座，2布1膜。尺寸：2 400 m²。有效容積約5 000 m³，停留時(shí)間1.25 d。主要設(shè)備：設(shè)有除磷投加系統(tǒng)1套，含計(jì)量泵2臺(tái);種植水蔥(Scirpus validus Vahl)，菖蒲(Acorus calamus L.)，千屈菜(Lythrum salicaria L.)等，種植密度不低于16株/m²。

(4)表面流濕地。功能：降低各污染指標(biāo)濃度，基本達(dá)到出水水質(zhì)要求。1座，2布1膜。尺寸：4 920 m²。停留時(shí)間約0.5 d。主要植物：種植鳶尾(Iris L.)、千屈菜(Lythrum salicaria L.)等，種植密度不低于16株/m²。

(5)水平流濕地。功能：進(jìn)一步降解有機(jī)物和反硝化脫氮。1座，2組，2布1膜。尺寸：10 000 m²。停留時(shí)間>2.5 d。

主要設(shè)備：設(shè)有碳源投加系統(tǒng)1套，含計(jì)量泵2臺(tái);應(yīng)急排放泵1臺(tái)，功率N=15 kW。

(6)監(jiān)測(cè)中心。包括實(shí)驗(yàn)室、中控室等。1座，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，建筑面積1 000 m²。

(7)太陽能電站。為監(jiān)測(cè)中心等提供電力，占地1 500 m²。主要設(shè)備：設(shè)有太陽能電池板360塊，共79.2 kW。

(8)出水泵房。功能：監(jiān)測(cè)出水水質(zhì)，為運(yùn)行管理提供技術(shù)支撐。主要設(shè)備：設(shè)有超聲波液位儀1臺(tái);COD在線監(jiān)測(cè)儀1臺(tái);NH3-N在線監(jiān)測(cè)儀1臺(tái);TN在線監(jiān)測(cè)儀1臺(tái);TP在線監(jiān)測(cè)儀1臺(tái);pH在線監(jiān)測(cè)儀1臺(tái)。

3 結(jié)果與討論

3.1 主要污染物指標(biāo)去除效果分析

3.1.1 主要污染物全年去除效果分析

選取示范工程自2016年1月1日~2017年3月31日(共452 d)常規(guī)污染物運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，組合濕地進(jìn)水、出水常規(guī)污染物指標(biāo)的累積頻率見圖2和圖3。組合濕地進(jìn)水、出水水質(zhì)匯總結(jié)果見表2。

由圖2可知，組合濕地進(jìn)水COD的達(dá)標(biāo)保證率為69%，說明化工園區(qū)污水處理廠COD的出水達(dá)標(biāo)保證率為69%，水質(zhì)波動(dòng)較大。組合濕地進(jìn)水NH3-N、TN、TP達(dá)標(biāo)保證率分別為96%、99.9%、100%，說明污水處理廠對(duì)TN、TP的去除效果較好，能夠達(dá)到一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)。

由圖3可知，組合濕地出水COD的達(dá)標(biāo)保證率達(dá)到100%，出水COD低于25 mg/L的樣本累積概率為99.8%;出水TP的達(dá)標(biāo)保證率達(dá)到99.9%，其中TP低于0.2 mg/L的概率達(dá)到了99.9%，可見該污水處理廠對(duì)磷的去除效果良好而穩(wěn)定;出水NH3-N和TN達(dá)標(biāo)保證率分別達(dá)到了100%。

由表2可知， COD、NH3-N、TN、TP平均進(jìn)水濃度45.5 mg/L、3.96 mg/L、7.99 mg/L、0.09 mg/L，平均出水濃度20.2 mg/L、0.54 mg/L、1.05 mg/L、0.02 mg/L，平均總?cè)コ史謩e55.6%、86.4%、86.9%及77.8%，出水水質(zhì)優(yōu)于《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB 3838-2002)Ⅳ類水標(biāo)準(zhǔn)。

3.1.2 主要污染物指標(biāo)沿程去除效果分析

組合濕地主要污染物指標(biāo)去除效果見表3。

由表3可知，COD、NH3-N、TP主要在垂直流濕地中去除，去除率分別為44.56%、71.49%、45.45%;TN主要在水平流濕地中去除，去除率達(dá)到79.21%。COD和TP進(jìn)水濃度低，經(jīng)過組合濕地出水水質(zhì)優(yōu)于地表水Ⅳ類水標(biāo)準(zhǔn)。TN進(jìn)水濃度高，出水要求濃度低，是本示范項(xiàng)目的難點(diǎn)。通過垂直流濕地在好氧條件下硝化作用和水平流濕地在缺氧條件下的反硝化作用，實(shí)現(xiàn)了總氮的去除。

3.2 GC-MS結(jié)果分析

組合濕地各處理單元的GC-MS分析結(jié)果見表4。

由表4可知，GC-MS分析結(jié)果顯示調(diào)節(jié)池進(jìn)水中共19種有機(jī)物，包括4種脂類，5種長鏈烷烴化合物，4種酸，1種酚，1種酮，1種醇，1種苯環(huán)化合物，1種酰胺類化合物和亞乙基硫脲。垂直流濕地出水中共21種有機(jī)物，包括3種脂類，3種長鏈烷烴化合物，3種酸，2種酚，4種酮，2種醇，2種苯環(huán)化合物，1種雜環(huán)化合物，1種酰胺類化合物。表面流濕地出水中共22種有機(jī)物，包括6種脂類，4種長鏈烷烴化合物，3種酸，1種酚，4種酮，1種醇，1種苯環(huán)化合物，1種酰胺類化合物、油酰氯。水平流濕地中共17種有機(jī)物，包括3種脂類，2種長鏈烷烴化合物，3種酸，2種酚，1種酮，2種醇，1種苯環(huán)化合物，1種雜環(huán)化合物，1種酰胺類化合物，1種烯烴氯代物。這表明：經(jīng)垂直流濕地和表面流濕地后，廢水中有機(jī)物僅濃度有所降低，其種類變化不大;而經(jīng)水平流濕地后，酸類、脂類和烷烴類含量明顯降低，說明組合濕地對(duì)難降解有機(jī)物有一定的去除效果。

3.3 微生物種群分析

采用Miseq檢測(cè)技術(shù)進(jìn)一步探討組合濕地脫氮效果微生物種群進(jìn)行分析。對(duì)組合濕地中垂直流濕地和水平流濕地濾料上的微生物進(jìn)行分析，結(jié)果見圖4。

由圖4可知，垂直流濕地中的硝化螺菌門(Nitrospira)豐度達(dá)到1.04%。相比Ruiz-Rueda等采用的DGGE等半定量手段，Miseq技術(shù)更精確地反應(yīng)出了垂直流濕地硝化菌的豐度。Peralta等同樣采用高通量測(cè)序技術(shù)，對(duì)多處類別自然濕地和人工濕地進(jìn)行微生物群落鑒定，結(jié)果表明Nitrospira在各類濕地系統(tǒng)中均處于較低的豐度水平，在0~1%。這說明本工程垂直流濕地中硝化菌得到了較高程度的富集。高豐度的硝化菌是系統(tǒng)中NH3-N得以高效去除的保障。而水平流濕地中，反硝化菌的總豐度為19.2%。反硝化菌群也得到了進(jìn)一步的富集，確保了垂直流-水平流組合人工濕地中TN的高效去除。硝化菌和反硝化菌的富集為組合濕地去除氨氮和總氮提供保障。

3.4 經(jīng)濟(jì)分析及環(huán)境效益分析

(1)項(xiàng)目投資及直接運(yùn)行成本核算。該工程設(shè)計(jì)規(guī)模0.4萬m³/d，工程直接投資約3 500萬元。根據(jù)示范工程自2016年1月1日~2017年3月31日(共452 d)實(shí)際運(yùn)行結(jié)果，項(xiàng)目實(shí)際處理規(guī)模平均0.3萬m³/d。

人工費(fèi)E1：3 000元/月，定員5人，3 000×5/30/3 000=0167(元/m³)。

電費(fèi)E2：采用太陽能供電，無需用電費(fèi)。

藥劑費(fèi)E3：本示范項(xiàng)目為濕地工藝，處理過程不加藥劑，無藥劑費(fèi)用產(chǎn)生。

濕地植物維護(hù)費(fèi)E4：需要組合濕地雜草進(jìn)行清理、補(bǔ)種、收割等，費(fèi)用為2 000元/月，2 000/30/3 000=0.027(元/m³)。

因此，直接運(yùn)行成本E=E1+ E2 +E3 +E4=0.189元/m³。

(2)環(huán)境效益分析。根據(jù)示范工程自2016年1月1日~2017年3月31日(共452 d)實(shí)際運(yùn)行結(jié)果，項(xiàng)目實(shí)際處理規(guī)模平均0.3萬m³/d，結(jié)合表2污染物去除結(jié)果測(cè)算污染物減排量，組合濕地項(xiàng)目每年減少COD、NH3-N、TN、TP每年削減量為27.70 t、3.74 t、7.60 t、0.08 t。改善了區(qū)域的水環(huán)境質(zhì)量，為太湖水質(zhì)的改善提供基礎(chǔ)。

4 結(jié)論

(1)采用垂直流濕地+生態(tài)塘+表面流濕地+水平流濕地組合工藝處理氟化工園污水處理廠尾水，設(shè)計(jì)規(guī)模4 000 m³/d。工程運(yùn)行結(jié)果表明：2016年1月1日~2017年3月31日(共452 d)，COD、NH3-N、TN、TP平均出水濃度20.2 mg/L、0.54 mg/L、1.05 mg/L、0.02 mg/L，平均總?cè)コ史謩e55.6%、86.4%、86.9%及77.8%，出水水質(zhì)優(yōu)于地表水Ⅳ類標(biāo)準(zhǔn)。該工藝適合于工業(yè)園區(qū)污水處理廠尾水處理工程新建、擴(kuò)建及提標(biāo)改造。

(2)COD、TN、TO主要在垂直流濕地中去除，去除率分別為44.56%、71.49%、45.45%;TN主要在水平流濕地中去除，去除率達(dá)到79.21%。通過垂直流濕地硝化作用和水平流濕地的反硝化作用，實(shí)現(xiàn)了總氮的去除。Miseq檢測(cè)也證明垂直流濕地中硝化菌和水平流反硝化菌豐度較高。

(3)示范工程設(shè)計(jì)規(guī)模0.4萬m³/d，工程總投資約3 500萬元。實(shí)際處理規(guī)模0.3萬m³/d，直接運(yùn)行費(fèi)用0.189元/m³。每年減少COD、NH3-N、TN、TP每年削減量為27.70 t、3.74 t、7.60 t、0.08 t。改善了區(qū)域的水環(huán)境質(zhì)量，為太湖水質(zhì)的改善提供基礎(chǔ)。

原標(biāo)題:給水排水 |組合濕地在處理化工園區(qū)污水處理廠尾水工程中的應(yīng)用