地下渗滤系统添加微曝气处理生活污水强化脱氮的研究

姬雅彤 袁浩文

摘 要：从地下渗滤系统入手，针对其脱氮效率低、易堵塞等缺点，将土壤与炉渣1：1充分混合，并在系统中依次添加5%的活性污泥，在相同的水力负荷、污染负荷，不同曝气量的情况下进行研究。实验结果表明：在好氧层曝气的情况下出水NH4+-N明显降低。

关键词：地下渗滤系统；脱氮；活性污泥；微曝气

地下渗滤系统（subsurface infiltration system，SIS）是一种适合用于处理分散式污水有效的生态工程技术，污水在土壤-微生物的共同作用下，通过物理吸附、化学沉淀、微生物降解等过程得到净化[1]。地下渗滤系统是土地土地处理系统的一种，除了具有基建和运行费用低，几乎不需维护的优点之外，因为整个系统埋在地下，能够有效防止人工湿地蚊蝇臭味，不影响地面的使用功能，且有利于保温，使得系统可以在低温环境下能够稳定运行[2]。

在地下渗滤系统中，氮的脱除途径有反硝化、植物吸收、土壤固定和氨氮挥发等，其中生物硝化、反硝化过程是最主要的途径，但目前存在处理负荷低、总氮去除率低、易堵塞的问题，限制了该技术的推广应用。本研究就是通过对系统填料的筛选优化和运行参数的选择来解决上述问题。

1 材料与方法

1.1处理系统

构建五个实验装置，填料方式由上至下依次为：砾石层10cm、砂层10cm、复合填料层70cm、土和砂混合层5cm、砾石层5cm。分别为1#—5#。其中，复合填料层为炉渣：土：活性污泥=9.5：9.5：1，2#、3#和4#、5#曝气量分别为1000mL/min、1500mL/min。

1.2试验水质及测定项目和方法

实验室通过采集生活污水，控制污水水质如表2所示。试验测定项目为化学需氧量（COD）、总氮（TN）、氨氮（NH4+-N）分别采用重铬酸钾氧化法、过硫酸钾氧化-紫外分光光度法及纳氏试剂光度法测定。

1.3试验方法

试验中设计了一组为12 cm/d水力负荷，并控制污染因子COD、氨氮、总磷和总氮的含量，进水由控制闸阀来调节，出水口处于开放状态，由收集装置收集，以便对出水进行采集与测定。试验中采用单因素试验方法，干湿比采用3：1。

2 结果与讨论

2.1系统的启动

在水力负荷和污染负荷分别为12 cm/d和COD 150 mg/L的条件下，以COD的去除效果为指标，评价生物基质SIS 的启动周期。由于系统启动阶段出水污染物含量不稳定，故2天取水测量一次。SIS中，去除COD主要是通过土壤中微生物的代谢活动来完成的，NH4+-N可被土壤基质吸附，但主要去除的途径还是微生物把NH4+-N硝化成硝酸盐氮。一般认为，对于活性污泥法等均匀混合型反应器来说，出水达到相应排放标准并能稳一周即视为启动完成[3]。

2.2曝氣量对处理效果的影响

在试验过程中设置了两组曝气，曝气量根据进水量的大小粗略计算，以葡萄糖150mg/L为例，根据其完全氧化需要氧的量为112mL/L，但是考虑到气体在水中的溶解率与空气中的含氧量等因素，确定研究曝气量分别为1000mL/min和1500mL/min，曝气时间与进水时间一致。下图2与图3中的1、2和3及4和5装置曝气量分别为0、1000与1500mL/min。

由图可以看出出水COD和氨氮浓度都会随曝气量的增加而降低，但是对于氨氮来说曝气量增加2和3出水浓度基本相等。分析：氨氮与COD的去除主要是微生物进行有氧呼吸，通过生命代谢来完成的，氧在过程中起着极为重要的作用[4]，当氧气含量增加COD和氨氮的去除效率也随之增加，但是当氧气达到一定限值后就不成为限制因素，限制因素可能是空间、营养物质或微量元素等，所以2、3和4、5装置在曝气量不同时氨氮去除效率基本相同。

相比于之前做水力负荷和污染负荷，添加了曝气不仅提高了COD和氨氮的去除效效率，而且也改善了水力状况，在气流的冲击下改善了表面土层孔隙率减小的状况，为装置在较大负荷下工作提供了可能。

3 结 论

综合以上生物基质应用效果分析，总结得出以下结论：

1.装置添加曝气，出水COD与氨氮去除效率的到不同的提高，COD与氨氮去除率最高可以达到94%与96%；

2.装置添加曝气后在一定程度上改善了复合填料上层的填料结构，增加了填料的孔隙率，改善了装置长时间运行的堵塞状况。

3.装置添加曝气后总氮去除效果受到了影响，去除效率下降，是由于复合填料下层缺少碳源，从而导致C/N不合理，不利于反硝化的进行。

参考文献：

[1]李英华，李海波，王 鑫，等.生物填料地下渗滤系统对生活污水的脱氮[J].环境工程学报，2013，7（9）：3369-3374.

[2]郑彦强，卢会霞，许 伟，等.地下渗滤系统处理农村生活污水的研究[J].环境工程学报，2010，4（10）：2235-2238.

[3]邓洪权，潘永亮，杨平.内循环三相生物流化床启动特性实验研究 [J].环境科学与技术，2001，93（1）：12-15.

[4]潘晶，孙铁珩，地下渗滤系统微生物特征及强化脱氮工艺研究[D]，东北大学博士学位论文，沈阳，2009：2-3.

作者简介：

姬雅彤（1995.09.17-）女，汉族，河南省鹤壁市，身份证号：410602199509174525，本科生，研究方向：环境工程

袁浩文（1996.04.17- ）男，汉族，江西省九江市，身份证号：360403199604170611，本科生，研究方向：环境工程