沉水植物氧化塘技术对村镇污水厂尾水的深度处理效果

陈斌

摘要  采用沉水植物氧化塘技术对村镇污水处理厂尾水进行深度处理，探讨其处理效果。结果表明，在水温18～26 ℃、水力负荷1.20 m3/（m2·d）的条件下，沉水植物氧化塘对尾水表现出较好的处理效果，对NH4+-N的去除率达到97.07%，TP去除率为30.43%，CODCr去除率为43.60%。在国家高度重视农村环境质量提升的背景下，沉水植物氧化塘技术有着十分广泛的应用领域。

关键词  沉水植物氧化塘；污水处理厂；尾水；提标改造工程

中图分类号  X 703   文献标识码  A   文章编号  0517-6611（2023）05-0211-03

doi： 10.3969/j.issn.0517-6611.2023.05.048

开放科学（资源服务）标识码（OSID）：

Advanced Treatment Effect of Tailwater in Village Wastewater Plant by Submerged Plant Oxidation Pond Technology

CHEN Bin

（Anhui Tongyuan Environment Energy Saving Co.，Ltd. ， Hefei， Anhui 230031）

Abstract  The submerged plant oxidation pond technology was used to conduct advanced treatment on the tailwater in the actual village sewage treatment plant to explore its treatment effect. The results showed that the submerged plant oxidation pond showed better treatment effect on the tailwater under the conditions of water temperature of 18-26 ℃， hydraulic load of 1.20 m3（m2·d）. The removal rate of NH4+-N reached 97.07%， the removal rate of TP was 30.43%， and the removal rate of CODCr was 43.60%. Under the background that the country attaches great importance to the improvement of rural environmental quality， the submerged plant oxidation pond technology has a very wide field of application.

Key words  Submerged plant oxidation pond；Wastewater treatment plant；Tailwater;Upgrading project

据我国住房和城乡建设部统计，截至2017年我国乡镇28 399个，行政村50多萬个，自然村240多万个［1］。随着村镇自来水及冲水厕所的普及，农村居民生活方式逐渐发生变化，污水排放量也随之上升，因此村镇生活污水的处理十分重要［2］。我国农村年污水排放量约2.14×1011 t，村镇污水总体处理率低于50%。农村污水处理排放标准普遍偏低，大量生活污水直排排放及不完全处理排放对村镇周边的环境造成重大影响，严重时甚至会对地下水造成一定程度的污染，极大地影响了人居环境［3-4］。因此，加大村镇污水处理力度，对现存村镇污水处理厂进行提标改造势在必行［5］。

目前，村镇生活污水一般通过污水处理厂进行处理，污水量较小或者居民较为分散的地区多采用一体化污水处理、人工湿地处理或土壤处理等方式［6-8］。由于我国村镇分布散乱、水质和水量波动大、时段性季节性较强、南北方地区污水性质差异大等原因［9］， 对村镇污水处理厂或一体化污水处理设备提出了更高的要求。沉水植物氧

化塘是一种生态型热门技术，具有能耗低或无能耗、建设投入低、运行维护便捷、无需污泥处理、费用较低等优点，可以有效去除污水中部分有机物和病原体［10］，被广泛应用于村镇污水处理厂提标改造。笔者以传统氧化塘技术为基础，针对村镇污水处理厂尾水进行深度净化，以石灰石介质为填料，并结合栽种沉水植物，通过优化水力运行方式，探讨此技术对合肥市紫蓬镇某村镇污水处理厂尾水的深度处理效果，以期为村镇污水处理厂提标改造工程提供数据支撑。

1 试验装置与方法

1.1 试验装置

沉水植物氧化塘试验装置安装在室外，用8 mm厚度PP板建成，池体尺寸为700 mm×500 mm×600 mm，底层铺设100 mm厚的石灰石，石灰石粒径15 mm左右，上层铺设进水管道，石灰石上混合栽种金鱼藻及轮叶黑藻，沉水植物氧化塘运行水深500 mm。试验期间氧化塘的水力负荷为0.80～3.40 m3/（m2·d）。为调控优化沉水植物氧化塘系统水力负荷，进水管道设置了三通和水量调节阀。试验装置见图1。

1.2 试验水质及水质检测方法

沉水植物氧化塘试验期间用水为合肥市紫蓬镇某村镇污水处理厂出水。通过定期检测装置进、出水水质变化，探究其处理效果。每天09：00左右采集水样，试验期间水温为18～26 ℃。装置进、出水水质变化见表1。

水质检测方法：水温使用温度计测量；总氮（TN）浓度的测定采用碱性过硫酸钾消解紫外分光光度法（HJ 636—2012）；硝态氮（NO3--N）浓度的测定采用紫外分光光度法（HJ/T 346—2007）；氨氮（NH4+-N）浓度的测定采用纳氏试剂分光光度法（HJ 535—2009）；CODCr浓度的测定采用重铬酸盐法（HJ 828—2017）；总磷（TP）浓度的测定采用钼酸铵分光光度法测定（GB 11893—1989）。

2 结果与分析

2.1 最佳水力负荷

由图2可知，沉水植物氧化塘对污染物的去除率随着水力负荷的增加整体上呈现逐渐下降的趋势，这是因为水力负荷的升高缩短了沉水植物氧化塘的水力停留时间，降低了沉水植物氧化塘对污染物的降解时间，使得污染物的去除率降低［11］。CODCr与NH4+-N去除率在水力负荷1.20 m3/（m2·d）时最高，分别为97.19%与43.60%；TN与TP去除率在水力负荷为0.80 m3/（m2·d）时最高，分别为34.47%和37.20%。因此，沉水植物氧化塘在出水TN与TP浓度要求不高的地区或出水达标的情况下，可选择在水力负荷1.20 m3/（m2·d）的条件下运行，这样最大程度增加了污水的日处理量，也保证了出水水质的稳定达标。

2.2 CODCr的去除效果

试验期间沉水植物氧化塘对污水中CODCr的去除效果如图3所示。沉水植物氧化塘主要通过微生物的同化作用、好氧呼吸和沉水植物的拦截、吸附、沉淀作用来去除污水中的有机物［12］，而沉水植物自身生长也会吸收少量有机物，但几乎可以忽略。在水力负荷0.80～3.40 m3/（m2·d）的条件下，进水CODCr浓度为19.26 mg/L，出水CODCr浓度为15.46 mg/L，对CODCr的平均去除率仅为19.73%。这是由于进水CODCr浓度已低于20.00 mg/L，污水中可被微生物利用降解的有机物已经非常少，进一步增加了有机物的降解难度。张荣新等［13］研究表明较低水力负荷条件有利于好氧微生物对CODCr的降解。该研究中沉水植物氧化塘运行水力负荷较高，污水中仅部分有机物被降解。

2.3 磷元素的去除效果

图4为沉水植物氧化塘进出水TP浓度变化及TP去除率。氧化塘中污水的TP主要通过生物除磷方式去除［14］，少部分TP被沉水植物吸附拦截通过污泥沉淀去除，部分可溶性磷酸盐在沉水植物生长时被直接吸收利用得以去除［15］。沉水植物氧化塘进水TP平均浓度为0.43 mg/L，出水TP平均浓度为0.35 mg/L，平均去除率约18.60%。由图4可知，TP的去除率呈现波动状态，主要由于试验期间沉水植物氧化塘水力负荷为0.80～3.40 m3/（m2 ·d），沉水植物氧化塘对污水中的TP去除率随之变化。沉水植物氧化塘主要依靠生物除磷作用去除TP，效果有限，并且水力负荷较高，TP更加难以去除。在TP排放要求较高地区，可以辅以化学除磷，投加除磷药剂，保证出水TP浓度稳定达标。

2.4 氮元素的去除效果

由表2可知，试验期间沉水植物氧化塘进水TN浓度约11.67 mg/L，其中氮元素形态主要为NO3--N和NH4+-N，进水NO3--N浓度为5.95 mg/L，NH4+-N浓度为3.99 mg/L，NO3--N和NH4+-N约占TN的85.18%。经过沉水植物氧化塘的净化，出水TN浓度约9.99 mg/L，TN去除率为14.57%，出水NH4+-N浓度为1.32 mg/L，NH+4-N去除率達到69.92%，而出水NO3--N浓度略有升高。这主要是由于沉水植物氧化塘中除底层为厌氧区域外，大部分区域均处于好氧状态，同时沉水植物光合作用也会进一步增加水体中的溶解氧浓度，使得氧化塘中硝化菌处于优势菌种地位。氨氮通过硝化作用转为硝态氮，反硝化作用低于硝化作用，致使部分硝态氮积累，使得出水硝态氮浓度升高［16］，这也是氨氮去除率较高但总氮去除率不高的主要原因。

由图5可知，沉水植物氧化塘对污水中NH4+-N的去除 效果较好，最高去除率在95%以上，而TN的去除率不高，主 要是因为进水CODCr浓度很低，微生物反硝化脱氮可利用的碳源较少，而水体绝大部分区域溶解氧浓度较高，仅底层基质层附近为厌氧状态，所以反硝化脱氮过程严重受限，NO3--N去除率不高，致使TN去除效果一般。该研究沉水植物氧化塘主要依靠微生物作用对TN进行降解，尽管早期研究表明传统氧化塘主要通过氨氮挥发的方式进行脱氮［17］，但后期越来越多的研究倾向于硝化-反硝化作用才是主要的脱氮方式［18］。

3 结论

通过研究沉水植物氧化塘对合肥市紫蓬镇某污水处理厂尾水的深度处理效果，得出以下结论：该工艺技术具有水力负荷高、无能耗、建设费用低、运行维护便捷等优点。在水力负荷1.20 m3/（m2·d）的条件下，沉水植物氧化塘将污水中TN、NH4+-N、CODCr和TP分别由13.03、4.78、25.80和

0.23 mg/L降低至11.10、0.14、14.55和0.16 mg/L，去

除率分别达到14.81%、97.07%、43.60%和30.43%。传统氧化塘水力停留时间约5 d，沉水植物氧化塘水力停留时间约0.58 d，极大地缩短了水力停留时间。在出水污染物浓度达标的情况下，减少了氧化塘的占地面积，投资建设费用更低。因此，该沉水植物氧化塘适用于用地紧缺的地区。

沉水植物氧化塘处理后的出水可作为农田灌溉水使用，充分实现环境效益与经济效益的有机结合、协调发展。沉水植物氧化塘在较高水力负荷的条件下表现出良好的污水净化效果，可为我国村镇污水处理厂提标改造、低污染河湖水水质提升提供数据支撑，对于我国提升农村水环境质量有着重要的意义，在国家高度重视农村水污染治理的背景下有着十分广泛的应用领域。

參考文献

［1］  中华人民共和国住房和城乡建设部.2017年城乡建设统计年鉴［EB/OL］.［2020-01-05］.http：//www.mohurd.gov.cn/xytj/tjzljsxytjgb/jstjnj/w02019012421874448602635000.zip.

［2］ LI J H，LU X W.Performance and microbial diversity in a low-energy ANF-WDSRBC system for the post-treatment of decentralized domestic wastewater［J］.Water，2017，9（5）：330.

［3］ 张吉库，孙冕.空气提升式A2/O处理农村生活污水［J］.环境工程，2021，39（1）：18-23.

［4］ 陈月芳，冯惠敏，张宇琪，等.4级串联式斜板生物滤池对农村生活污水的处理［J］.环境工程学报，2021，15（1）：193-202.

［5］ 孙永利.城镇污水处理提质增效的内涵与思路［J］.中国给水排水，2020，36（2）：1-6.

［6］ 刘旭东，姜凤，冯欣，等.新型一体化装置处理村镇污水试验研究［J］.环境工程，2016，34（12）：38-42，47.

［7］ 陶琨.村镇污水处理技术选择新视角［J］.中国给水排水，2016，32（14）：16-19.

［8］ 万琼，雷茹，张波.生物生态耦合系统对分散式农村生活污水的深度净化［J］.环境工程学报，2019，13（7）：1602-1611.

［9］  张静，石小峰，侯红勋.村镇生活污水处理偏大设计问题分析与对策［J］.工业用水与废水，2018，49（2）：44-47.

［10］  陈晓强，刘若鹏，申亮.生态塘应用于污水深度处理的技术现状及前景展望［J］.环境科技，2010，23（S2）：107-110.

［11］ 管策，郁达伟，郑祥，等.我国人工湿地在城市污水处理厂尾水脱氮除磷中的研究与应用进展［J］.农业环境科学学报，2012，31（12）：2309-2320.

［12］ 孙亚平，周品成，袁敏忠，等.水力负荷对改良型垂直流人工湿地降解模拟污水厂尾水效果的影响［J］.环境工程学报，2019，13（11）：2629-2636.

［13］ 张荣新，焦玉恩，傅金祥，等.不同水力负荷率对潜流人工湿地内部污染物迁移转化的影响［J］.环境污染与防治，2018，40（7）：748-754.

［14］ 康梦远，韩墨菲，押玉荣，等.改良A2/O-MBR工艺深度生物脱氮除磷中试研究［J］.水处理技术，2021，47（5）：98-101，110.

［15］ 雷泽湘，谢贻发，徐德兰，等.大型水生植物对富营养化湖水净化效果的试验研究［J］.安徽农业科学，2006，34（3）：553-554.

［16］ 巩秀珍，于德爽，袁梦飞，等.后置短程反硝化AOA-SBR工艺实现低C/N城市污水的脱氮除磷［J］.环境科学，2019，40（1）：360-368.

［17］ VAN DER STEEN P，BRENNER A，ORON G.An integrated duckweed and algae pond system for nitrogen removal and renovation［J］.Water science and technology，1998，38（1）：335-343.

［18］ CAMARGO VALERO M A，MARA D D.Nitrogen removal via ammonia volatilization in maturation ponds［J］.Water science and technology，2007，55（11）：87-92.