波形潜流湿地对低浓度生活污水净化效果的研究曾祥英

《湖北省建设领域节能减排》论坛论文集波形潜流湿地对低浓度生活污水净化效果的研究曾祥英章北平孙高升武汉市政工程设计研究院有限责任公司武汉430074华中科技大学环境科学与工程学院武汉430074)摘要:本文主要研究不同水力负荷条件下,波形潜流人工湿地对低浓度生活污水中有机物、氮和磷的去除效果及其影响因素。低、中、高水力负荷分别为.02m场扩·d皿4m?ll扩·d、.08m’入己·d处理低浓度生活污水试验研究表明:(1腑、中、高水力负荷对COD均有较好去除效果,平均去除率依次为71.帐、623%、50.1%;对开去除率不高,平均去除率依次为31.7%、23.以、15.3%;对NH3书去除率都较低,平均去除率依次为15.外`、11.7%和.99,`;对NT去除率也较低,平均去除率依次为15.0,`、.95%和.95%。(耸水力负荷对COD和开的去除率有一定影响,都是随着水力负荷的增大而下降;对NH3一和,r日的去除效果几乎没有影响。关抽询:波形潜流湿地生活污水水力负荷1概述如何解决目前国内城市污水中处理存在的“三高一罗川的问题是近年研究的热点,在城市污水厂建立开放式、生态型、低投资、高能效的处理系统是其解决方案之叫。兼性生化反应器与酶促填料深床湿地(或景观生态湖滨带)组合工艺是基于该解决方案思路的城市污水处理生物/生态型组合工艺。该工艺具有投资较低,运行费用较低、管理要求低、产泥量少的特点。本文主要研究该工艺中波形潜流湿地对低浓度生活污水净化效果。2试验湿地床的设计与基质级配波形潜流人工湿地的构造特点是:在人工湿地内沿水力流向有规则地设置多层导流隔板,将传统水平潜流人工湿地的水流条件加以改进,使之分隔成若干个串联的下行一一上行波形流,以波形流态取代水平流态,污水上下交替地分别流经下向流区、上向流区、下向流区,使被处理的污水在人工湿地内沿垂直方向上呈上下折返流动,多次经过湿地内部具有不同处理特性的构造层,与湿地系统的上层、中层和下层的微生物、根系和基质充分接触,有力地发挥湿地系统降解污染物的能力,增加了污水在湿地里的水力停留时间,并提高有效床容,有机物逐渐得到降解,以期达到增强污水处理效果的目的。在整体流程中,液体以较慢的速度水平流动,近似于推流式流态。波形潜流人工湿地长10()伪划m,宽2伽恤m,高65肠叮m视图l)。从右至左,依次为进水区、反应区和沉淀出水区,长度分别为1仪恤m、80伪吐m和10伽吐m,反应区中间设置一图1波形潜流人工湿地设计示意图58伪双nI高的隔墙。作者简介:曾祥英硕士研究收稿日期:2008年11月节约水资源循环利用减少排放基质在湿地的构建中占有最大体积,是人工湿地与自然湿地的主要区别。本研究中的波形潜流湿地基质级配为:①进水区基质,全为3小somm的砾石;②反应区基质厚为6仪hanIL共分四层,粒径份5~厚150llun;粒径5一lonlln厚5。叮m的圆柱形酶促填料;粒径为1)3omm的砾石厚Zoollnn;粒径为3于somm的砾石厚20omm;③沉淀区无填料。(本研究采用芦苇作为水生植物。)3试验结果与分析本试验控制在室温下进行,低、中、高水力负荷分别为.02m3ml/·d、.04m平耐·d、.08耐lmz·d,污水取自城市污水管网中未经处理的典型生活污水,水质见右表。3.,COO二的去除效果指标变化范围惮位:m目飞)COD汀TN开15卜2X()2卜301.5~2.0NH,一1-520nnnllnUn曰ns心U.qn`ǎ冰é僻淡形08在不同水力负荷条件下,波形潜流湿地对低浓度生活污水中COD的去除效果详见图2。从图2可以看出,不同水力负荷对COD的去除率有一定影响,COD的去除率随着水力负荷的减小而提高。COD的去除率随着水力负荷的减小而提高,主要是因为随着水力负荷的减小,污水在湿地床中的I亚汀增加,也即增加了污水与填料的接触时间,使污水中的有机物能更充分被填料上的微生物吸附、吸收,然后通过生物代谢降解过程而被分解去除。匡匡匡鳖骥置到到到到到到到到到到到---灭贾水之一低负荀c。刀去除案案案-----.」.一一中负荀coD去除雄雄雄一一一气山尸-高负苟coD去除来来来45678910监测次数(次,图2低、中、高水力负荷时COD的去除效果.32下尸的去除效果在不同水力负荷条件下,波形潜流湿地对低浓度生活污水中开的去除效果见图3。从图3可看出,湿地对开的去除效果不是很稳定,平均去除率也是随着水力负荷的减小而增加,水力负荷.02耐mz/·d时开的去除率最高,平均去除率为31.7%,水力负荷0.4m3加Z·d时对开的去除匡篡监翻必主Q幻图3低、中、高水力负荷时TP的去除效果率次之,平均去除率为23.6%,水力负荷.0smVmZ·d时对作的去除率最小,平均去除率为15.3%。试验结果表明,湿地对开的去除效果不理想,除了与湿地未栽种水生植物有关,分析其原因:湿地床内部的厌氧环境造成的。湿地床内部的氧主要通过植物的光合作用、进水挟带以及水面的复氧作用而获得,由试验植被的产氧量不多,使整个湿地床体始终被污水浸泡着,表面复氧效果较差。随着微生物对有机物的代谢水体中的溶解氧浓度急剧下降。经湿地床内污水的DO在0.1刁.4mg/L,出水DO在0.lm岁L左右,大大低于普通人工湿地出水的Zm留L的溶解氧。故湿地床内的厌氧环境,故聚磷菌摄磷效果不强,降低了湿地系统对磷的去除率。节约水资源循环利用减少排放影响湿地内部反硝化反应的主要环境因素为PH值、温度、有机碳源和溶解氧:匡冲H值的影响:湿地运行过程中,床体内部的pH值在.63~6.8之间,基本上在反硝化过程最适宜的PH值.65一.75范围内,这说明本研究中pH值对反硝化过程抑制作用较小。②温度的影响:反硝化最佳温度是20℃一35℃,湿地运行过程中,床内平均温度约为12℃一18℃,对反硝化速度有一定的抑制。③有机碳源的影响:反硝化菌为异养型兼性厌氧菌,在反硝化过程中需要有充足的有机碳源作为保证,而试验湿地的进水是经稀释的低浓度生活污水,其中有机物浓度较低,使反硝化反应由于受到碳源的限制,抑制了反硝化反应。④溶解氧DO的影响:大多数反硝化细菌是异养型兼性厌氧细菌,故本研究湿地床系统,溶解氧较低,但不会抑制反硝化反应。由上可知,湿地床内部的温度偏低和进水中所含的有机碳源不足会在一定程度上影响湿地系统的反硝化速率,从而降低了湿地系纷拐寸TN的去除率。另外,本研究湿地除反硝化作用受到一定程度的抑制,硝化作用没有充分进行外,不能产生大量反硝化作用底物硝酸盐,为反硝化作用打下基础,使得硝化一反硝化脱氮途径不畅通也是其对飞N去除率较差的一个重要原因。4结论在低、中、高水力负荷分别为0.2mam/,·d、0.4m3m/2·d、.0smVmZ·d条件下,采用波形潜流人工湿地处理低浓度生活污水试验研究表明:(1腹地系统对COD的去除率随着水力负荷的减小而提高,主要是因为随着水力负荷的降低,污水在湿地床中的HRT增加,增加了污水与填料的接触时间,使污水中的有机物能更充分被填料上的微生物吸附、吸收,然后通过生物代谢降解过程而被分解去除。(2)波形潜流湿地在低、中、高水力负荷下对低浓度生活污水中的TP去除率不高,去除率随着水力负荷的减小而增加,平均去除率依次为31.7%、23.6%、巧.3%。湿地对,的去除效果不理想,与湿地床内部厌氧环境有关。(3玻形潜流湿地在低、中、高水力负荷下对N凡一的去除率都较低,平均去除率依次为15.9%、11.7%和.99%。湿地系统对NH3一的去除效果较差,主要是由于湿地床内部的PH值、温度和溶解氧浓度都偏低,抑制了硝化反应的进行,造成湿地系统对NH,一去除率不高。(4)波形潜流湿地对TN的去除效果与NH3一有点相似,在低、中、高三种水力负荷下对TN的平均去除率依次为巧.0%、.948%和.945%。湿地对TN的去除效率偏低,除了与湿地床内部温度偏低和有机碳源不足使反硝化反应受到一定程度抑制有关,X巳一没有得到充分的硝化也是一个重要原因。今考文献【l]邹扬善.城市污水处理发展近况和问题.给水排水,1995,No.12.[2]oRbertW.eDnnis,RobertL.hine.EffeoCtiffU:eractl)眯quencing恤ehbfoloigcaleractosr.JoumalWPCF,1979,51(2):255一263131解清杰.隐吸双喷厌氧生化传质规律.武汉城市建设学院硕士论文,1999.14]吴晓晖城市污水厌氧生化反应、絮凝沉降动力学模型及参数.武汉城市建设学院硕士论文,200().5[]李强,章北平,杨群,程伟,李敏.低浓度污水兼性生化动力学模型.华中科技大学学报(城市科学版),200.56,(增刊).[6]MorganJM,ForsterCF.EvisonL.Aeomparativestudyofthenatureo几iopolymersextraetedfrom-~itcandacitv比ds】udges.w匕terR心eSacr瓦,19驯K6).17]张统.SBR及其编发污水处理与回用技术.北京:化学工业出版社,2003