北方地区污水处理厂尾水湿地深度净化的工艺研究

文_刘玉芳 北京环宇立业环保科技有限公司（河北分公司）

1 工艺方案研究

1.1 预处理工艺研究

深度处理工艺的预处理系统，考虑同时起到去除有机物、氨氮总磷的功效，对以下几种工艺进行比较，详见表1。

表1 四种深度处理预处理工艺的比较

通过表1可以看出，单独选择任意一项工艺作为深度处理工艺，都不能有效去除水中COD、氨氮、总磷，因此建议考虑“MBBR+磁混凝”组合作为深度处理的预处理工艺。

（1）移动床生物膜反应器（MBBR）工艺

移动床生物膜工艺以悬浮填料为微生物提供生长载体，通过悬浮填料的充分流化，实现污水的高效处理。该工艺充分汲取了生物接触氧化及生物流化床的优点，克服了其传质效率低、处理效率差、流化动力高等缺点。

MBBR工艺原理：在好氧的条件下，曝气充氧时，空气泡的上升浮力推动填料和周围的水体流动起来，当气流穿过水流和填料的空隙时又被填料阻滞，并被分割成小气泡。在此过程中，填料被充分地搅拌并与水流混合，而空气流又被充分地分割成细小的气泡，增加了生物膜与氧气的接触和传氧效率。在厌氧条件下，水流和填料在潜水搅拌器的作用下充分流化起来，达到生物膜和被处理的污染物充分接触而降解的目的。

（2）磁混凝

磁混凝工艺是在传统高密度沉淀池的工艺基础之上研发的具有突破性进展的分离技术，其基本原理是在污泥循环加载型沉淀技术的基础上再投加磁粉，微粒磁粉作为沉淀析出晶核，使得水中胶体颗粒与磁粉颗粒很容易碰撞脱稳而形成絮体，晶核众多能够使得每一粒微小的悬浮物颗粒能够形成絮体，并且在絮体中包裹有磁粉，从而使得悬浮物去除效率大为提高。

1.2 人工湿地工艺研究

1.2.1 人工湿地去除机理

（1）悬浮固体的去除

在潜流湿地系统和表流湿地系统中，悬浮固体的去除都是在湿地的进口5～10m内完成。主要通过物理过程去除，如沉淀和过滤作用。过滤主要发生在悬浮固体与基质、植物根系和茎部的碰撞过程中。因此悬浮固体去除率的高低主要决定于污水与植物和填料的接触程度。

（2）有机物的去除

水中可生化降解颗粒性有机物通常在系统中沉淀或过滤后分解为溶解性有机物。溶解性有机物首先传质到附着在植物茎部和根区、填料表面的生物膜上，依据溶解氧浓度不同，再通过好氧、缺氧和厌氧途径降解。

（3）氮的去除

湿地进水中的氮主要以有机氮、氨氮和硝态氮的形式存在。湿地系统对氮的去除主要通过微生物的氨化、硝化和反硝化途径去除。植物的吸收与收割只有在低负荷人工湿地系统中才对脱氮起重要的作用。而且，氮的去除与温度有关，硝化菌和反硝化菌对低温非常敏感，温度低于15℃时，硝化速率急剧降低；温度低于5℃时，生物脱氮功能几乎停止。

（4）磷的去除

与脱氮相似，植物的吸收与收割只有在低负荷人工湿地系统中对除磷才起重要的作用。虽然微生物对磷也有吸收，但死亡后又释放出来，对除磷意义不大。主要的除磷途径是填料对磷的吸附和磷与Fe3+、A13+、Ca2+和Mg2+等金属离子发生的化学沉淀作用。经过不同规模的示范工程研究表明，芦苇湿地系统不仅对污水中有机污染有很好的净化效率，而且对N、P等营养物和某些重金属也有较高的去除。

1.2.2 人工湿地工艺比选

（l）水平潜流型人工湿地

该系统由一个或多个填料床组成，床体填充填料，床底设有防渗层，防止污染地下水。污水自进口处沿着湿地床水平缓慢流动，出口处设置集水装置和水位调节装置，以保持水面低于床表层5～10cm和污水与根系的充分接触。植物根系的释氧，使其周围的微环境依次出现好氧、缺氧和厌氧状态，这是水平潜流型人工湿地脱氮的重要机理之一。

（2）垂直流人工湿地

该系统中，污水水流方向和床区呈垂直方向，往往采用间歇方式运行。污水被投配到床区表面后，淹没整个表面，随后逐步垂直渗流到底部，由底部的集水系统收集后排放。在进水间隙，空气填充到床体中，保证了下一周期投配污水与空气的充分接触，提高了氧传递效率，从而强化了BOD去除和氨氮硝化的效果。

（3）表面流人工湿地

表面流人工湿地在内部构造、生态结构和外观上都类似于天然湿地，但经过科学的设计、运行管理和维护，去污效果优于天然湿地系统。表面流人工湿地的水面位于湿地基质以上，其水深一般为0.3～0.5m。污水从进口以一定深度缓慢流过湿地表面，部分污水蒸发或渗入湿地，出水经溢流堰流出。湿地中接近水面的部分为好氧层，较深部分及底部通常为厌氧区，因此具有与兼性塘相似的性质。

北方地区冬季温度较低，垂直流人工湿地不易于冬季运行管理，因此建议选择“水平潜流人工湿地+表面流人工湿地”。

1.3 主体工艺确定

为保证深度处理系统的处理效果,同时考虑采用占地面积小、分离效果好、易于管理、运行费用低等因素，建议考虑采用“移动床生物膜反应器（MBBR）和磁混凝”为主的组合工艺，作为主要处理技术对污水处理厂尾水进行进一步处理，同时为进一步降低氮、磷等污染指标，辅以“人工湿地”技术，采用组合工艺对污水处理厂出水进行深度处理，使处理后的水质满足Ⅲ类地表水质要求。

人工湿地作为水系规划中的重要组成部分，湿地工艺的确定需从湿地负荷、水质情况、占地面积、地形及建设投资等多方面进行综合考虑，确定本工程的主体工艺。

参考国内外类似湿地工程的处理经验，表流湿地的最不利水力负荷为垂直流人工湿地的1/16，为水平流人工湿地的1/10。但是表面流人工湿地，易受外部天气等因素影响，保温性能较差，在西藏、青海等高寒缺氧地区，常年低温、缺氧的气候条件更加使得微生物活性及水体大气复氧能力下降，加上湿地植物长势弱、生命周期短，致使湿地系统运行效果不佳，不适合在北方寒冷地区应用。针对人工湿地在高寒缺氧地区所面临的问题，为保证人工湿地在北方地区的高效稳定运行，潜流人工湿地更具优势，设计、建造时应为首选。

为实现功能最大化，同时兼顾景观考虑，尾水湿地深度处理工程推荐使用“MBBR+磁混凝+水平潜流型湿地+表面流湿地”的组合工艺，综合利用上述各工段的优点，进行合理的组合，形成高度协同的运行模式。

2 影响工艺运行的因素分析

2.1 寒冷冬季对处理效果的不利影响及减缓措施

由于湿地法是一种生态工程的方法，系统对污染物的去除受温度影响明显，冬季气温下降，由于系统内微生物活力下降，植物收割后不再吸收养分、污染物去除效果降低，出水水质受一定影响。减缓措施包括：适当降低进入湿地工程的水量和污染物负荷量，延长污水水力停留时间，可在一定程度上减缓冬季低温的不利影响。为确保保温，植物收割可在开春后进行，或将冬季收割的植物仍置于湿地地表，开春后再处置。冬季期间，处理工程需要实施冰下运行，因此要根据气温、水温和地温的变化判断形成冰盖的时间，在冰冻即将来临前一周迅速提高单元内水位，待冰盖形成后，再让污水自行流动，由于有植物茬的支撑，所形成冰盖一般不会蹋陷。

2.2 植被收割问题

由于植物收割能有效地去除营养物，因此需要实施对植物的收割。由于淹水将对植物收割造成不便，一般通过交替布水方式解决。为了方便收割和给微生物附着生长提供足够高度及数量的植物茎杆，一般建议在冰面形成之后，在冰面上实施收割。

3 结语

实施北方地区污水处理厂尾水湿地深度净化工程不仅实现达标排放，改善黄河流域水环境质量，同时对调节北方区域温度，湿度，涵养地下水源，提高生态景观质量，改善区域空间环境等起到重要作用。