刘全君

（常德市城区水利泵站管理处，湖南 常德 415000）

1 引言

研究将以分散型污水作为处理对象，从滤料配置和系统构型等方面进行改良，构建改进型人工快渗系统，探讨其对分散污水的净化效果，以期为该类型污水的处理提供一种复氧效率高、脱氮除磷效果好、运行性能稳定的可选方法，推进人工快渗技术在污水处理领域的发展进程。

2 材料与方法

2.1 结构设置

改进型人工快渗净水装置结构如图1所示，由PVC材料加工而成，内径24 cm，有效高度为150 cm。主体结构由布水区、碎石区、有氧区、缺氧区、陶粒区Ⅰ、陶粒区Ⅱ、排水口组成。

图1 结构设置示意图

有氧区由3 个分区组成，有氧区Ⅰ采用天然河砂（0.50～1 mm）作为滤料，上方设有碎石区，碎石区高度为5 cm，采用粒径为0.50～1.50 cm的碎石作为填充，有氧区Ⅱ采用释氧颗粒作为滤料。释氧颗粒的制备方法如下：6 g过氧化镁+5 g水泥+4 g天然河砂+2 g膨润土+1 g黄糊精+1 g磷酸二氢钾+1 g柠檬酸+水拌匀后造粒即得，粒径为1～5 mm。有氧区Ⅲ采用粒径为0.30～0.80 mm 的天然河砂作为滤料。有氧区Ⅰ、有氧区Ⅱ、有氧区Ⅲ的高度均为25 cm。

缺氧区分为缺氧区Ⅰ、缺氧区Ⅱ。缺氧区Ⅰ采用混合滤料进行填充，分别是天然河砂（0.10～0.50 mm）和微米零价铁粉（0.50～5 μm），两者质量占比分别为90%、10%。缺氧区Ⅱ采用粒径为0.30～0.80 mm的天然河砂作为滤料。缺氧区Ⅰ、缺氧区Ⅱ的高度均为50 cm。缺氧区Ⅰ与缺氧区Ⅱ底部通过陶粒区Ⅰ连通，陶粒区Ⅰ厚5 cm，填充物为陶粒（2～5 mm）。缺氧区Ⅱ的上方设有陶粒区Ⅱ，陶粒区Ⅱ厚5 cm，填充物为陶粒（5～10 mm），右侧设有排水口。

2.2 运行方式

污水从布水区上方进入人工快渗池后，依次流经碎石区、有氧区Ⅰ～Ⅲ、缺氧区Ⅰ、陶粒区Ⅰ、缺氧区Ⅱ、陶粒区Ⅱ，最后由排水口排出。运行条件如下：每天运行2 个周期，每周期淹水3 h，落干9 h，水力负荷（q）由0.50 m/d 逐步提升至1 m/d，环境温度为25℃左右。

2.3 进水条件

采集成都某农户生活污水进行净化，进水水质如下：ρ（COD）=210.50～245.10 mg/L，ρ（BOD5）=137.40～170.60 mg/L，ρ（）=32.70～39.60 mg/L，ρ（TN）=42.50～52.40 mg/L，ρ（TP）=3.10～4.60 mg/L，pH=6.20～8.70。

2.4 分析方法

所有水质指标均采用国标法进行分析。

3 结果与讨论

3.1 有机污染物去除情况

图2 反映了改进型人工快渗系统对污水中有机污染物的去除情况。从图2（a）所示的出水浓度变化状况来看，当水力负荷较低（q=0.50 m/d）时，COD和BOD5的出水浓度均处于较低水平，结合图2（b）可以看到它们的去除率均值分别为91.90%和97.40%。当水力负荷升高到0.80 m/d时，由于每日需要处理的水量增加，系统出现短暂的不适应期，出水有机物浓度均大幅增加，去除率分别降至81.40%和85.10%。随着系统对该水力负荷条件的逐渐适应，运行至第23 d时，有机物去除率再次超过90%，此时再度提高水力负荷至1 m/d，系统同样出现了与前一阶段类似的现象，在受到水力负荷冲击的首日，系统的出水有机物浓度出现了更大幅度的增加，COD 和BOD5去除率分别降至78.40%和81.10%。经过更长时间的适应后，于第40 d时有机污染物去除率恢复至90%以上。此后，运行效果较为稳定，经过改进型人工快渗系统对处理后的COD、BOD5出水浓度均值分别为20、4.90 mg/L，去除率均值分别为91.40%、96.70%，可见通过水力负荷梯级驯化的方式可实现系统的快速启动和对有机物的高效去除。

图2 有机物去除情况图

3.2 氮素污染物去除情况

3.3 磷素污染物去除情况

由TP出水浓度变化来看，经改进型人工快渗系统处理后，污水中的TP 浓度明显降低，其中TP 出水浓度在水力负荷为0.50 m/d 时仅为0.25 mg/L，水力负荷为0.80 m/d 时，出水TP 浓度先升高后降低，最终稳定在0.31 mg/L左右，水力负荷为1 m/d时，出水TP 浓度先增高到0.79 mg/L，后逐渐减少，最终稳定在0.36 mg/L 左右。由TP 去除率变化来看，水力负荷为0.50、0.80、1 m/d 时，TP 去除率最终分别稳定在93.70%、91.80%、90.90%左右。改进型人工快渗系统在较为可观的水力负荷条件下，对污水中的磷素污染物有着较佳的去除功能。

3.4 净水原理分析

改进型人工快渗系统与传统快渗系统相比，在滤料配置和系统构型上进行了改良升级。其中，有氧区细分为3 个区域，有氧区Ⅰ采用粒径相对较大的天然河砂作为滤料，同时由于其靠近进水端，在落干期能获得较高的复氧效率，有氧区Ⅱ采用释氧颗粒作为滤料，缓释的氧气被污水携带后进入有氧区Ⅲ，因而污水流经有氧区Ⅰ～Ⅲ后可实现污染物的好氧转化，包括有机污染物的去除、氨氮的氧化等过程。

缺氧区Ⅰ采用天然河砂、微米零价铁粉混合作为滤料，微米零价铁粉的加入不仅可以丰富缺氧区Ⅰ内滤料的粒径级配，还能有效提高反硝化效率，原因如下：微米零价铁与污水接触后，在缓慢腐蚀过程中生成Fe2+和H2，如式（1）所示；Fe2+还可以进一步反应生成Fe3+，其中Fe2+和H2可被反硝化菌利用，分别进行铁自养反硝化（如式2所示）和氢自养反硝化（如式3所示），从而提高脱氮效率，适量的Fe2+、Fe3+还可以提升微生物的酶活性，从而提高微生物的代谢活性，使脱氮效率进一步提高。此外，微米零价铁粉的加入也为除磷提供了有利条件，因微米零价铁粉具有巨大的比表面积和大量的反应位点，为磷素污染物的高效吸附和去除提供了基础，因而能取得较优的除磷效果。

除此以外，缺氧区Ⅰ与缺氧区Ⅱ底部通过陶粒区Ⅰ连通，使得缺氧区Ⅰ与缺氧区Ⅱ内一直处于饱水状态，为反硝化反应的发生提供了良好的缺/厌氧环境，同时大幅增加污水停留时间，使微生物能与污水更好接触，污水中的污染物能被更加高效转化或去除，多方面保障了系统出水效果的稳定。

4 结论

①改进型人工快渗系统对有机污染物处理效果较为稳定，COD、BOD5经处理后出水浓度均值分别降到20.00、4.90 mg/L，去除率均值分别为91.40%、96.70%。②在1.00 m/d水力负荷稳定运行条件下，、TN 的出水浓度均值分别为1.80、6.80 mg/L，去除率均值分别为95.20%、85.80%，比TN更容易被系统所去除。③通过水力负荷梯级增加方式，可实现污水中TP的高效去除，经改进型人工快渗系统处理后，TP出水浓度明显降低，平均浓度仅为0.36 mg/L，平均去除率达到90.90%。