爱尔斯微课堂|城镇生活污水处理中曝气方式对复合人工湿地的影响

目前人工湿地被越来越多应用于农村污水和城镇生活污水治理，尽管它有多种类型，但无论哪种都较难单独完成对污水中氮的去除，因此实际操作中多采用复合人工湿地。另外人工湿地中的氧可来自大气扩散、植物根系传递及原水携带等，但供氧不足经常成为制约人工湿地系统去除碳、氮污染物的主要因素，因而对系统进行曝气以补充自然复氧不足是强化人工湿地处理能力的重要途径。

针对其供氧不足及导致的对碳、氮污染物去除效果差的问题，本文以实际城镇生活污水为进水，通过构建串联的垂直流人工湿地(VFCW)与水平流人工湿地(HFCW)形成复合人工湿地（HCW）系统，研究不同曝气方式(连续曝气、间歇曝气)对HCW处理生活污水效果的影响，并解析HCW系统对污水中污染物净化的贡献率，以期为城镇生活污水的有效处理和HCW的构建、运行及管理提供参考。

HCW系统的构建

中试规模的HCW系统通过在VFCW后串联HFCW组成，详情见下图。VFCW尺寸为0.5m×0.5m×1.0m，有效水深为60cm，总体积为250L。填料采用3级组配，其中最下层铺设厚为6cm、孔隙率为41%、粒径为4-5cm的卵石，中层铺设厚为4cm、孔隙率为37%、粒径为2-3cm的卵石，最上层铺设厚为55cm、孔隙率为53%、粒径为1-2cm的普通碎石。此外，在VFCW底部预埋曝气盘，用于研究曝气方式对净化效果的影响。HFCW尺寸为1.5m×0.4m×1.0m，填料采用粒径为1-2cm、孔隙率为53%的普通碎石，碎石填充高度为70cm，有效水深为65cm，HFCW总体积为600L。此外，VFCW在中心位置设置穿孔管作为采样区，分别以2/3、1/3高度处作为上段和下段的沿程采样区；而HFCW分别在距布水板30、60和90cm处设置穿孔管作为前段、中段和后段的沿程采样区，穿孔管直径和高度分别为3、90cm。系统启动前，选择长势一致的本土水生植物(芦苇)作为HCW植物，其种植密度为10-12株/m²。

HCW系统示意图

实验运行

HCW系统采用连续进水方式于2018年12月中旬开始启动，启动完成后于2019年3月开始正式运行，历时114d。实验进水为陕西某县污水处理厂的进水，具体水质如下：

COD为(361.68±52.26)mg/L

TN为(64.13±10.12)mg/L

NH₄⁺-N为(59.84±8.98) mg /L

NO₃^--N为(2.21±1.12)mg/L

SS为(350.61±64.00)mg/L

TP为(4.51±1.28)mg/L

PO₄^3--P为(3.27±0.89)mg/L

pH值为7.47±0.17

污水经预沉淀后进入HCW系统，实验运行过程中进水水量为69L/d，HRT为3.5d，水力负荷(HLR)为0.0945m³/(m²·d)。实验正式运行后，前81d采用连续曝气、后33d采用间歇曝气，具体曝气方式如下表所示。实验期间，当地气温为10-28℃、水温为13-23℃。

不同工况下曝气方式

3d取样1次，每次采样均在早上九点进行。分别采集污水厂进水、沉淀后的HCW进水、两级CW出水，测定SS、COD、TN、NH₄⁺-N、NO₃^--N、TP和PO₄^3--P，测定方法依据《水和废水监测分析方法》(第4版)。DO采用HACH便携式多功能水质测定仪(HQ-30d)测定，其中间歇曝气阶段曝气期和非曝气期的DO测定间隔时间为15min。

由上述图表数据分析，我们可以得到以下结论：

①采用VFCW与HFCW复合的HCW系统处理实际城镇生活污水，在相同的HLR和曝气量条件下，连续曝气时系统对TN、NH₄⁺-N和COD的平均去除率分别为71.7%、91.7%和88.4%，相应的出水浓度分别为(15.03±0.46)、(4.22±0.61)和(23.82±4.43)mg/L间歇曝气时系统对NH₄⁺-N、TN和COD的平均去除率分别为89.8%、82.8%和86.4%，相应的出水浓度分别为(3.97±0.80)、(8.32±1.05)和(23.32±2.59)mg/L。因此，在相同条件下HCW采用间歇曝气对TN的去除率高于连续曝气。

②采用VFCW与HFCW复合的HCW处理实际生活污水，在HLR为0.0945m³/(m²·d)、HCW第一级VFCW以气水比为6.5:1进行间歇曝气时，出水COD、SS、TN和NH₄⁺-N浓度均可稳定达到GB 18918-2002的一级A标准。其中，VFCW上段属于复合系统的高效能区，可实现大部分污染物的去除；VFCW下段和HFCW作为复合系统的水质提升区，可使系统中残余污染物得到进一步去除。

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