復(fù)合垂直流人工濕地處理污水廠二級(jí)尾水的試驗(yàn)研究

復(fù)合垂直流人工濕地處理污水廠二級(jí)尾水的試驗(yàn)研究

近年來(lái)，隨著城市化進(jìn)程的加快和生活水平的提高，生活污水排放逐年增加。生活污水已成為重要的污染。大量生活污水處理后未達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)的廢水排放降低了水環(huán)境的質(zhì)量。同時(shí),污水排放標(biāo)準(zhǔn)不斷提高,如太湖流域2008年1月1日后建設(shè)的城鎮(zhèn)污水處理廠的排放標(biāo)準(zhǔn)需從GB18918—2002的一級(jí)B標(biāo)準(zhǔn)升級(jí)為一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)。因此加強(qiáng)對(duì)污水廠尾水深度處理的研究具有現(xiàn)實(shí)意義。污水廠尾水主要是指污水廠的二級(jí)處理出水。目前對(duì)污水廠出水常采用生物/化學(xué)法的三級(jí)處理工藝,雖可去除部分氮和磷,但存在投資和運(yùn)行費(fèi)用高、凈化效果不太理想的問(wèn)題。而人工濕地技術(shù)具有投資和運(yùn)行費(fèi)用低、出水水質(zhì)好、運(yùn)行維護(hù)方便等優(yōu)點(diǎn),已被廣泛應(yīng)用于城市污水、工業(yè)廢水和景觀水體的凈化中。為此,筆者選用垂直上行流與垂直下行流復(fù)合人工濕地系統(tǒng)處理模擬污水廠二級(jí)出水,考察了對(duì)污染物的去除效果,以期為開(kāi)發(fā)生活污水深度處理技術(shù)提供依據(jù)。1材料和方法1.1排污濕地植物的選擇人工濕地的長(zhǎng)、寬、深分別為3、1.3、1m,由上行濕地和下行濕地兩個(gè)單元組成,其長(zhǎng)度均為1.5m。濕地基質(zhì)由不同粒徑、不同厚度的礫石構(gòu)成,從下到上各層的厚度分別為25(粒徑為5cm)、25(粒徑為3~4cm)、15(粒徑為1~3cm)cm,最上層鋪10cm厚營(yíng)養(yǎng)土。濕地植物的選擇必須遵循耐污能力強(qiáng)、去污效果好、適合當(dāng)?shù)丨h(huán)境、根系發(fā)達(dá)、抗病蟲(chóng)害能力強(qiáng)、具備美觀和經(jīng)濟(jì)價(jià)值等原則。為此,上行濕地主要種植菖蒲和空心蓮子草,下行濕地主要種植空心菜和慈姑。1.2試驗(yàn)水質(zhì)試驗(yàn)用水由化糞池出水和自來(lái)水配制而成,其水質(zhì)見(jiàn)表1。1.3集水池上水口引水管理用潛污泵將污水經(jīng)管道提升至配水池,再用引水管引入沉淀池進(jìn)行簡(jiǎn)單的預(yù)處理,沉淀池出水溢流進(jìn)入上行濕地,通過(guò)PVC穿孔管在垂直流上行濕地底部和下行濕地表面均勻布水,經(jīng)過(guò)處理后匯入集水池,集水池一側(cè)有3個(gè)不同高度的出水口,以控制人工濕地的水位。向人工濕地注滿污水(約3周)以培養(yǎng)微生物,然后連續(xù)進(jìn)水,待出水水質(zhì)穩(wěn)定后開(kāi)始試驗(yàn)。開(kāi)始試驗(yàn)后改為間歇進(jìn)水(進(jìn)水12h、排空12h),并在上行濕地和下行濕地的進(jìn)、出水口收集水樣,采樣頻率為2次/周。通過(guò)閥門(mén)控制進(jìn)水量,水力負(fù)荷約為0.32m3/(m2·d),水力停留時(shí)間為3d。監(jiān)測(cè)時(shí)間為2009年9月—11月。11月底對(duì)空心菜進(jìn)行收割。工藝流程見(jiàn)圖1。1.4分析NH4+-N、TN、TP:Skalar濕化學(xué)流動(dòng)分析儀;COD:重鉻酸鉀法;濁度:HACH2100P濁度儀。2結(jié)果與討論2.1懸浮物的截留效果測(cè)定顯示,雖然人工濕地進(jìn)水的濁度變化較大,但出水濁度在12d后達(dá)到穩(wěn)定(4~5NTU),平均去除率為65.47%,說(shuō)明對(duì)懸浮物(SS)的截留效果較好。SS的去除主要依靠填料、植物的根系和莖、腐殖層的過(guò)濾和阻截作用,去除率的高低取決于污水與植物及填料的接觸程度。40d后植物生長(zhǎng)成熟,對(duì)濁度的去除率達(dá)到了80%,這主要是因?yàn)橄到y(tǒng)內(nèi)已形成穩(wěn)定的生物膜,同時(shí)植物根系的發(fā)育及根際環(huán)境的形成也有助于對(duì)懸浮物的截留。2.2人工濕地對(duì)cod的去除COD是反映水體中還原物質(zhì)污染程度的綜合性指標(biāo),常用來(lái)指示水體中有機(jī)物的含量。人工濕地對(duì)有機(jī)物的去除主要通過(guò)微生物的吸附降解、植物吸收及填料吸附。通過(guò)濕地的沉淀、過(guò)濾作用,污水中的不溶性有機(jī)物可以很快地被截留并為微生物所利用,而可溶性有機(jī)物則可通過(guò)植物根系生物膜的吸附、吸收及生物代謝過(guò)程被去除。在試驗(yàn)前期人工濕地對(duì)COD的去除率不穩(wěn)定,32d后出水COD維持在35mg/L左右,優(yōu)于GB18918—2002的一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn),平均去除率也穩(wěn)定在55%左右。在試驗(yàn)初期,出水COD濃度的不穩(wěn)定主要與進(jìn)水濃度波動(dòng)較大有關(guān),隨著濕地植物的生長(zhǎng)和濕地內(nèi)部微生物的不斷成熟,對(duì)有機(jī)物的去除率逐漸趨向穩(wěn)定試驗(yàn)期間濕地對(duì)COD的平均去除率為46.87%筆者分析了部分以礫石為基質(zhì)的潛流濕地和復(fù)合垂直流人工濕地的除污效果[6~12],發(fā)現(xiàn)本系統(tǒng)對(duì)COD的去除率相對(duì)較低。唐娜等的研究表明,對(duì)COD的去除率與進(jìn)水SS濃度之間存在顯著正相關(guān)。而試驗(yàn)進(jìn)水懸浮物濃度較低,顆粒物吸附的有機(jī)物較少,故去除率較低。2.3+-n濃度人工濕地脫氮的途徑主要包括水生植物的吸收、微生物的硝化和反硝化作用、基質(zhì)的吸附和離子交換作用。其中,濕地植物的吸收和基質(zhì)吸附的氮量有限,微生物的硝化和反硝化作用才是去除氮的主要途徑。濕地系統(tǒng)對(duì)TN、NH4+-N的去除效果分別如圖2、3所示。濕地出水TN濃度優(yōu)于GB18918—2002的一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn),NH4+-N濃度優(yōu)于一級(jí)B標(biāo)準(zhǔn)。人工濕地對(duì)TN的去除效果不穩(wěn)定,去除率在40.32%~78.67%變化,平均為52.88%;對(duì)NH4+-N的去除率先升高再逐漸穩(wěn)定,但變化幅度不大,平均去除率為50.06%。試驗(yàn)初期對(duì)TN的去除率下降,而對(duì)NH4+-N的去除率升高,這是因?yàn)榇髿鈴?fù)氧、植物根系輸氧和間歇式進(jìn)水等使得濕地表層形成了好氧環(huán)境,濕地內(nèi)的硝化作用較強(qiáng),而初期又缺少足夠的碳源積累,所以反硝化作用較弱,對(duì)TN的去除率低。20d后,隨著濕地內(nèi)植物枯枝落葉及基質(zhì)內(nèi)部吸附的有機(jī)物的積累,反硝化作用加強(qiáng),人工濕地對(duì)TN的去除率逐漸升高。通過(guò)比較發(fā)現(xiàn),本系統(tǒng)對(duì)TN的平均去除率高于其他以礫石為基質(zhì)的潛流濕地,這與余志敏等人的研究結(jié)果一致。在污染負(fù)荷、面積、濕地深度與本試驗(yàn)相近的情況下,欒曉麗等人設(shè)計(jì)的濕地對(duì)TN、NH4+-N的去除率分別為38.81%、50.17%,低于本系統(tǒng),這說(shuō)明本濕地具有較好的脫氮效果。陳世朋等采用以沸石為基質(zhì)的人工濕地系統(tǒng)處理生活污水,對(duì)TN的去除率高達(dá)96.70%,主要是因?yàn)榉惺哂泻軓?qiáng)的離子交換能力。2.4tp的去除效果人工濕地對(duì)磷的去除主要取決于植物吸收、基質(zhì)吸附和微生物轉(zhuǎn)化三者的共同作用,其中基質(zhì)除磷占主導(dǎo)地位。測(cè)定顯示,出水TP為0.13~1.03mg/L,去除率為51.76%~85.85%,平均為70.06%。初期的出水TP濃度波動(dòng)較大且較高,24d后出水TP濃度趨于穩(wěn)定且保持在較低值,達(dá)到了一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn),去除率穩(wěn)定在80%左右。經(jīng)比較,本濕地對(duì)TP的去除率比潛流濕地高,但較運(yùn)行條件相似的其他復(fù)合垂直流濕地的要低,這主要是因?yàn)榛|(zhì)成分的差異所致。部分濕地的基質(zhì)含有爐渣和石灰石,它們對(duì)磷都有較強(qiáng)的吸附能力。3污染物的去除效果采用復(fù)合垂直流人工濕地處理模擬污水廠尾水,在負(fù)荷為0.32m3/(m2·d)、水力停留時(shí)間為3d的條件下,對(duì)