0 引言

　　根据相关部门统计，我国约有4 000多座污水处理厂，日处理能力高达1.9亿m³，其中许多污水处理厂尾水未达到受纳水体排放标准便直接排放，带来一系列环境问题。污水处理厂的尾水存在流量大、有机物浓度低，氨氮、总磷含量较高等特点，进一步处理具有一定难度。

　　生态砾石床运行中，污水处理厂尾水系统流速、停留时间对微生物的生长曲线有影响。黄余春等^[1]研究污染物在生态砾石床系统内停留时间与污染物的浓度关系，发现停留时间越长，生态砾石床系统对污染物的处理效果越好。Claudiane等^[2]通过曝气提高氨氮的去除。吴婧嘉等^[3]研究增强曝气强度以提高溶解氧液度，气体流动也可防止生物薄膜堵塞。本文通过研究九江市某污水处理厂尾水处理工艺，得出该工艺对相关污染物的处理效果。

　　1 工艺设计

　　1.1 工艺简介

　　生态砾石床净化法是生态湿地处理技术，已在国内外获得广泛应用。结合本工程的适用性，比较备选生态砾石床净化工艺与人工湿地的参数，具体结果如表1所示。

　　生态砾石床净化工艺的核心为生态砾石床净化槽，该槽内填充表面圆滑、粒径均匀的砾石，当污水流经砾石时，砾石表面黏性的生物膜吸附悬浮物质，水中有机物被膜上大量微生物分解，从而净化水质。该工艺对COD_Cr,BOD₅有很好的去除能力，且对NH₃-N去除能力极强。出水COD_Cr,NH₃-N平均值可达地表Ⅲ类水质，砾石床结构如图1所示。

　　1.2 项目概况

　　1)水量及水质采用生态砾石工艺处理九江某污水处理厂尾水，处理后直接排入鄱阳湖，根据相关排放要求，该尾水排放执行GB 18918—2002《城镇污水处理厂污染物排放标准》中的一级A标准。污水处理厂尾水生态砾石床净化工程设计规模为3万m³/d，设计进出水水质如表2所示。

　　表1 工艺方案参数 

　　表1 工艺方案参数

　　图1 生态砾石床构造  

　　表2 设计进出水水质  

　　mg·L^-1

　　表2 设计进出水水质

　　本工程为污水处理厂尾水处理，经生态砾石床净化并沉淀，泥水分离后，出水泵提升至污水处理厂高位水井，最终排至鄱阳湖。砾石床沉淀区进行泥水分离，定期进行反冲洗。反冲洗后污泥排入污泥池，先经储存池暂存，然后排入某污水处理厂污泥储存池进行统一处理。工艺流程如图2所示。

　　图2 生态砾石床净化工艺流程   

　　2)设计参数本工程设计2座生态砾石床单元，每座包含2个生态砾石床净化槽。根据工艺流程要求，水力总停留时间为3.9h，曝气区停留2.5h。生态砾石床主要包括进水整流渠道、砾石床曝气区、加药区、砾石床非曝气区及出水整流渠道。1号生态砾石床分2组运行，2组中间设观察廊道;2号生态砾石床也分2组运行，2组中间设隔墙。本工程2座生态砾石床均采用钢筋混凝土水池结构，底板均采用平底筏板形式。1号生态砾石床尺寸为36m×53.6m,2号生态砾石床尺寸为31.5m×53.6m，为保证生态砾石床水池的整体性和强度要求，设置施工后浇带以减小混凝土收缩、初凝产生水化热而出现的裂缝。砾石床底板厚1.00m，底板面高程为16.650m，侧墙厚0.60～1.00m。1号生态砾石床中间位置通长布置观察廊道，廊道侧墙主要承受砾石床内水平水压力，廊道侧墙厚0.60m。生态砾石床部分基础高于地面0～0.5m，为保证地基承载力，采用水泥土进行回填。

　　鼓风机房与加药室进行合建，平面尺寸为10m×7.2m。设计3台鼓风机，2用1备。风机规格为47m³/min,55k Pa。配电室与在线分析室进行合建，为混凝土框架结构，平面尺寸为7.2m×4.5m。设置化学除磷系统，向生态砾石床单元投加PAC，去除TP。

　　考虑工艺流程顺畅及尽量减少占用污水处理厂用地等因素，生态砾石床占地面积约10 000m²，位于项目南侧三角区域。该区域靠近污水处理流程的末端，有利于缩短管线布置及工艺衔接。本工程在紫外消毒池出流管上设置三阀门，将尾水引入生态砾石床后进行处理，重新回到高位出水井后外排鄱阳湖，实现与污水处理厂的无缝对接。在砾石床检修期等需采取特殊工况的条件下，可关闭三通阀门，紫外消毒池出水仍直接流入高位出水井，不影响污水处理厂原有排水路由。

　　本工艺接受某污水处理厂MBR工艺后的尾水，污水经超滤膜过滤后，水体中悬浮物含量很低，因此堵塞问题主要考虑生物膜生长与脱落问题，具体防堵塞措施如下:采用10～20cm粒径的天然卵石作为砾石床填料，并保证孔隙率>40%。砾石材料须质地坚硬，且不附着杂物与土壤，保证砾石床稳定且不带外部泥砂;工艺设计间歇排泥时，采用鼓风强制气反冲洗，反冲洗设计周期为1个月。反冲洗时，开启砾石床曝气管，冲洗沉淀污泥与砾石生物膜，同时保持正常进水，通过切换出流渠道闸门，排除污泥，保证砾石床不被堵塞。

　　2 材料与方法

　　本次生态砾石床系统去除试验中，以九江市某污水处理厂尾水为试验水样，试验中尾水在生态砾石床系统内停留3.9h，水力负荷为3万m³/d。本次试验对COD_Cr,BOD₅,NH₃-N,TP进行研究，参照《水和废水监测分析方法》进行测定分析^[4]。

　　试验在固定水力负荷下连续运行至系统稳定出水，然后每隔1d采集1组水样，每组采集5份水样，10组水力负荷下共进行10次取水试验。

　　3 结果与分析

　　3.1 生态砾石床对COD_Cr的去除效果分析

　　由表3可知，当污水处理厂尾水进水COD_Cr浓度为47.9～49.2mg/L时，出水COD_Cr浓度为14.26～14.72mg/L(去除率为69.6%～70.6%)。7号进水COD_Cr浓度较高，为49.2mg/L，出水COD_Cr浓度为14.72mg/L，去除率为70.1%，其他的COD_Cr去除率分别为69.8%,70.4%,69.8%,69.9%,70.6%,69.9%,69.6%,70.2%,69.9%。生态砾石床对尾水中低浓度的COD_Cr去除率较高，所有试验数据的去除能力均约为70%，能满足设计要求。

　　3.2 生态砾石床对BOD₅的去除效果分析

　　由表4可知，污水处理厂尾水的BOD₅浓度基本保持在9mg/L，由10组试验数据可知，去除率基本保持在72%左右;1号试验中BOD₅的去除率最高，为72.8%;5,8号试验中BOD₅的去除率为71.6%。可见，生态砾石床对BOD₅去除率较高。

　　3.3 生态砾石床对NH₃-N的去除效果分析

　　由表5可知，污水处理厂尾水的氨氮浓度基本保持在4mg/L，由10组试验数据可知，去除率基本保持在94%左右;9号试验中氨氮的去除率最高，为95.1%;1号试验中氨氮的去除率为93.8%。可见，生态砾石床对氨氮去除率很高。

　　3.4 生态砾石床对TP的去除效果分析

　　由表6可知，当生态砾石床进水总磷浓度为0.42～0.45mg/L时，经过生态砾石床的加药区，投放PAC化学除磷的情况下，生态砾石床出水总磷浓度为0.058～0.065mg/L，去除率为84.6%～86.1%，生态砾石床对总磷的去除率较好。

　　综上所述，污染物经生态砾石床深度处理后的尾水均能维持在较高水平，出水水质明显优于进水水质。污水处理厂尾水中COD_Cr,BOD₅,NH₃-N,TP经生态砾石床系统深度处理后均达到GB 18918—2002《城镇污水处理厂污染物排放标准》要求。

　　生态砾石床系统对上述污染物有很好去除率的原因如下:在生态砾石床系统中，2个生态砾石床在曝气作用下高速传导氧气，能为好氧生物提供充足的氧气，提高生态砾石床系统降解污染物的速率;污水流动形态近似为自由水面的活动，空气中的氧能为系统提供大量氧气^[5,6]。生态砾石床工艺中厌氧-好氧环境转换明显，可明显增强系统内微生物群落的代谢作用，且好氧-厌氧条件变化有益于砾石区的曝气，增强膜与膜间的过滤作用，增强污染物的去除作用。缺氧或厌氧对有机物的去除率并不高，通过硝化和反硝化微生物作用去除剩余有机物，最终高效处理污染物。

　　4 结语

　　1)生态砾石床适用于低污染水体的治理，对九江某污水处理厂尾水中的污染物有稳定的去除率。生态砾石床对COD_Cr浓度为47.9～49.2mg/L时的去除率为69.6%～70.6%;尾水进水BOD₅浓度基本保持在9mg/L，去除率基本保持在72%左右;氨氮浓度基本保持在4mg/L，去除率基本保持在94%左右;当生态砾石床进水总磷浓度为0.42～0.45mg/L时，加入PAC后，出水水质中总磷浓度为0.058～0.065mg/L，去除率达84.6%～86.1%。生态砾石床系统对氨氮、总磷有极高的去除率。

　　表3 生态砾石床对COD_Cr的去除率 

　　表3 生态砾石床对COD_Cr的去除率

　　表4 生态砾石床对BOD₅的去除率 

　　表4 生态砾石床对BOD₅的去除率

　　表5 生态砾石床对NH₃-N的去除率 

　　表5 生态砾石床对NH₃-N的去除率

　　表6 生态砾石床对TP的去除率  

　　表6 生态砾石床对TP的去除率

　　2)生态砾石床工艺是生物膜法的一种，该系统配有曝气系统，增加系统曝气强度，加强系统中好氧、厌氧的变化，从而增加膜上微生物的种类和数量，生物食物链长有利于提高处理效果。

　　3)随着生态砾石床工艺技术的发展，用于污水处理厂尾水深度处理的案例增加，使该技术在尾水深度处理中有广阔的运用空间，但该技术影响因素多，不同地区系统间存在差异，为确保污水处理厂尾水深度处理工艺高效运作，还需进行更深入的研究。