化工企业排放的污水成分复杂、毒性大、有机物浓度高、生物难降解物质多，虽经二级处理后达到排放标准，但其对环境的潜在危害依然很大。因此，有必要对混合化工污水厂尾水进行深度处理和循环利用。目前，传统的深度处理工艺存在投资大、处理成本高、管理要求高等问题，笔者针对某工业园区混合化工污水厂的尾水水质，提出了人工快渗/复合人工湿地深度处理工艺。
人工快速渗滤系统(CRI) 是污水快渗系统(RI) 的人工强化，它采用渗透性较好的人工填料代替天然土层，从而大大提高了水力负荷。作为两种重要的污水生态净化技术，人工湿地和氧化塘技术与常规技术相比有如下特点: 投资低、操作简单、运行和维护费用低、在处理污水的同时又能改善周围地区的生态环境。但生态法的处理效果受植物生长及气温等因素的影响较大，故对进水水质和水量的可调控性不强，而CRI 系统的可控制因子较多，故将CRI 系统和生态单元(人工湿地和氧化塘) 有机组合，可实现优势互补，形成耐冲击、低能耗的协同处理新工艺。
1 研究方法
1. 1 污水水质
某工业园区目前投产的企业以化工、农药企业为主，各企业的生产废水经处理达到园区污水 处理厂接管标准后，排入园区污水厂调节池，再经混凝气浮/SBR/接触过滤工艺处理后达标排放。本研究用水为SBR 池出水，其水质见表1。
表1 混合化工污水厂尾水水质
Tab．1 Characteristic of tail water from mixed chemical wastewater treatment plant mg·L-1
1. 2 工艺流程及运行条件
本研究采用的工艺为: 人工快速渗滤系统/一级水平潜流人工湿地/二级水平潜流人工湿地/表面流人工湿地/氧化塘/三级水平潜流人工湿地/清水池/回用。人工快速渗滤系统由4 座尺寸为12．0 m×5．0 m× 2．5 m的钢混池构成，设计处理能力为360m3 /d，表面负荷为1．5 m3 /(m2·d) 。一级潜流人工湿地、二级潜流人工湿地、自由表面流人工湿地、氧化塘和三级潜流人工湿地的有效面积分别为1 350、1 350、570、378 和540 m2，设计HRT 为7．7 d。
该示范工程于2010 年5 月建成，8月投入试运行，2011 年3 月稳定运行至今。四个CRI 单元按一定湿干比和水力负荷交替运行，复合人工湿地系统则连续运行，每月采集各单元出水水样2～3 次，分析COD、NH3-N、TP 等指标。
1. 3 分析方法
电导率: 电导率仪，pH 值和ORP: pH 计，COD:重铬酸钾法，氨氮: 纳氏试剂分光光度法，TP: 过硫酸钾消解—钼锑抗分光光度法。
2 结果与讨论
2. 1 CRI 系统的启动
CRI 的微生物培养方式主要有自然培养和人工接种两种，且人工接种的方式使系统达到稳定的时间一般比自然培养方式的短。由于CRI 系统的进水为SBR 工艺的出水，其中的微生物含量较高，因此在试运行的初期采用自然培养的方式。
在试运行的前3 周，每天对CRI 系统的进、出水COD 浓度进行监测，结果见图1。
图1 CRI 启动阶段对COD的去除效果
Fig．1 COD removal rate in start-up stage of CRI
系统启动初期对COD 的去除率波动较大，17 d后去除率稳定在40%左右。培养初期，COD 的去除主要依靠填料的截留和吸附作用，因此，随着填料的吸附达到饱和，对COD 的去除率明显下降，并且出水COD 浓度波动大，抗冲击能力弱。培养17 d 后，渗滤介质中的微生物量大大增加，加强了微生物对有机污染物的生物降解作用，也强化了介质颗粒表面的生物膜以及介质颗粒之间的生物絮体对污染物的截留和吸附作用，使得对COD 的去除率趋于稳定，同时使CRI 系统的抗冲击能力得到提升。
2. 2 对COD 的去除
经过3 周左右的启动运行，CRI 系统的出水水质达到稳定，于是开始连续运行。每月采样2～3次，对系统进水和各单元出水水质进行分析。
系统进水COD 平均为97．8 mg /L，出水COD 平均为20．7 mg /L，平均去除率为78．8%，最高去除率为86．8%，系统出水COD 浓度比较稳定，且达到了《地表水环境质量标准》(GB 3838—2002) 的Ⅴ类标准。经分析，CRI 系统对COD 的去除贡献较大，去除率达51．2%，后续人工湿地和氧化塘系统进一步使水质得到净化，且植物和藻类生长状况良好，说明混合化工污水厂尾水的生物毒性显著降低。另外，试验期间经历了几次较强的降雨、降温过程，使系统对COD 的去除率有所下降，但仍保持在70% 以上，说明该系统具有较强的抗冲击能力。
2. 3 对NH3-N 的去除
污水中的氮主要以有机氮、氨氮、硝态氮三种形式存在。氮的去除主要有挥发作用、吸附作用、生物同化作用和生物脱氮作用等。其中，生物脱氮过程包括氨化、硝化和反硝化阶段。经统计，系统出水NH3-N 为0．29～1．70 mg /L，平均为1．05 mg /L，平均去除率为86．9%，最高去除率为96．2%。由于CRI 系统的湿干比为1∶3，复氧效率较高，因此在落干期好氧微生物活性高，硝化反应得以顺利进行，对NH3-N 的去除率为50．2%，进入复合人工湿地的NH3-N ＜ 5 mg /L，经前两级潜流人工湿地净化后，出水NH3-N 浓度已基本达到GB 3838—2002 的Ⅴ类标准(见图2) 。试验过程中，季节变化对表面流人工湿地和氧化塘的净化效率影响较大，而潜流人工湿地受影响则较小。
图2 NH3-N浓度的沿程变化
Fig．2 Variation of NH3-N concentration along combined process
2. 4 对TP 的去除
污水中磷的存在形态取决于污水的类型，最常见的有磷酸盐(H2PO4-、HPO42-、PO43-)、聚磷酸盐和有机磷，聚磷酸盐在水中能逐渐水解成磷酸盐。以植物、微生物、基质构成的生态系统通过过滤、吸附、共沉、离子交换、植物吸收和微生物分解来实现对磷的高效去除。在连续运行中，整个系统对TP 的平均去除率达到76．4%，最高为87．9%，出水TP 平均为0．20 mg /L。CRI 系统对总磷的去除率为39．9%，在复合人工湿地系统中TP的去除主要发生在前端两级潜流人工湿地，自由表面流人工湿地和氧化塘系统对TP 的去除率较低(见图3) ，可能的原因是:植物枯叶和藻类中的磷分解释放后重新回到水体中，导致对TP 的去除率偏低。
图3 TP浓度的沿程变化
Fig．3 Variation of TP concentration along combined process
3 结论
① CRI /人工湿地/氧化塘组合工艺深度处理混合化工污水厂尾水的效果良好，对COD、NH3-N和TP 的平均去除率分别为78．8%、86．9% 和76．4%，出水水质达到《地表水环境质量标准》(GB3838—2002) 的Ⅴ类标准。。
② CRI 系统采用自然培养法启动，系统达到稳定运行的时间较短，水力负荷可达1．5 m3 /(m2·d) 。
③长时间运行时，人工湿地系统中的植物生长状况良好，氧化塘内藻类大量繁殖，表明混合化工污水厂尾水的生物毒性已大大降低。
