地沟式污水处理系统微生物对氮脱除效果初步研究关小满

2003年第26卷第4期石油化工环境保护ENVIRONMENTALPROTEeTIONINPETROCHEMICALINDUSTRY.27心冬老亡誉与地沟式污水处理系统微生物对氮脱除效果初步研究关小满(责州师范大学化学系,贵阳550001)摘要:地沟式污水土地处理系统,是自然生态净化与人工工艺相结合的小规模污水处理回用技术。该技米以其设备简单、基建投资少、操作管理方便、能耗低,以及再生水重复利用而具有广阔的发展前景。以贵州省环科院内地沟式土地处理中试装置为例,探讨了地沟式污水上地处理系统细菌分布关系以及微生物活动对氮的脱除效果。关镶词:地沟式污水土地处理污染生态环境NH矛一N去除率细菌分布PreliminaryResearchesonEffectofMicroorganismonDe·nitrogenProeessinGroundDitehTyPeofWastewaterTreatmentSystemGuanXiaoman(hCemist划eDPartmenzofGu泛zhou了谙口chersUniversit夕,Gui辫ng550001)AbstractUndergorund一diteh一patter5011treatment15aminiatureeirele一usingteehniqueeombinedmanualworkwithself一purifieation.Aslosteost,easyoperationandmanagement,thisteehniqueispraetiealandhavemoreehaneesfordeveloPment.Thispaperintrodreesnewadvaneesinlandtreatmentteehnology,diseoursestherelationshiPbetweenNremovingeffeetsandrhedistributionofbaeteriainundergorund-diteh一pattern5011treatment.Keywords:Underground一diteh一patter5011treatment,Pollution,Zoologyenvironment,There-movalrateofN可一N,Distributionofbaeteria1前言当前,我国水环境状况十分严峻,水资源短缺与水污染严重已成为影响我国可持续发展的重要问题。解决水污染问题只依靠常规二级处理技术,不能解决诸如水体富营养化造成的二次污染问题,寻求低成本高效率的新型城市污水处理技术,一直是世界各国环保界关注的热点〔’〕。地沟式污水土地处理系统的工艺原理,是将污水有控制地投配到具有一定构造和良好扩散性能的上层中,利用污水中的能量把其所携带的污染物,通过生态系统的物质循环和能量流动逐级降解、净化水质,以维持生态系统正常运转的中、小规模生态处理的工程。地沟式污水土地处理技术,是针对我国国情积极研究并引进吸收美、日、澳等国先进经验,突破国内外污水深度(三级)处理系统的局限的一种革新与替代。收稿日期:2003一01一08作者简介:关小满,男,贵州师范大学化学系在读硕士研究生。石油化工环境保护2003年第26卷2研究路线、研究方法及拟解决问题2.1研究路线本试验以贵州省环科院内地沟式土地处理中试装置为试验基地,系统地对地沟式污水土地处理系统的脱氮效果(对脱磷效果的研究另文阐述);介质中嗜氮细菌的数量分布关系;微生物在脱氮过程中的作用(植物的脱氮研究另文阐述)进行研究。据资料介绍:氮素的形态为无机态和有机态两类,其中能被植物直接吸收利用的无机氮仅占土壤全氮的5%左右。以贵州典型的黄壤为主配比的人工土,是地沟式污水处理的主要介质。黄壤土、微生物、氮、磷以及其他污染因子、植物共存的生态污水处理系统中,土壤是储存库。氮、磷是微生物、植物赖以生存的营养深,徽生物活动参与、植物根系固定吸收也是储存在土壤中绝大部分有机态氮逐渐矿化为无机氮的必备环境条件2[]。2.2研究方法及拟解决问题地沟式污水土地处理技术对污水的处理机理综合了物理、化学、生物三种作用。经预处理(化粪池)的污水,自流(高程允许的情况下)或提升进人地沟式污水土地处理系统,经输送投配到各处理单元,通过填料层渗滤再分配,在土壤毛细管作用下,上升至周围介质层(土壤或植物根系区),经土壤吸附、过滤、沉淀、降解,微生物生化作用以及植物吸收利用后,得到净化和除臭,渗滤净化后的水从系统底部集水管中排出。地沟式污水土地处理工艺,对N田一N的处理途径,除了通过微生物的硝化一反硝化作用降解外,还作为植物生长过程中不可缺少的物质被植物直接摄取,合成植物蛋白质与有机氮。地沟式污水土地处理工程作为生态学处理方法,实际上是追求土壤、含水层和植物的“处理”与“利用”两个功能的总体实现3[]。3地沟式污水土地处理系统的工艺参教与试验方法3.1地沟式污水土地处理系统工艺流程〔41该试验系统为设在贵州省环境科学研究设计院内的“地沟式污水土地处理系统中试装置”。其设计能力为1.5扩d/。日常处理污水0.75m3/d。试验期间根据试验要求调控水力负荷其工艺流程如图1。生活污水州巫刃}第二处“{应立毛董子}中间槽}一}~卜“叭泵tt3.2主要试验装I构筑物11地沟式土地处理中试试验流程示愈.衰1试验装t构筑物试验装置为可独立运行的两套系统,主要构筑物由表1列出。主要试验材料材质及工艺配管布置:(1)高位水箱内设塑料折板格网,低部焊水平间距相等的三个螺口出水管(套皮管),设溢流口(套皮管)和放空管。(2)第一、二处理槽底层为直径30一80mm的鹅卵石碎石,铺垫深度2c0m;次上层为以贵州典型的黄壤为主配比的人工土(黄壤、鸡粪、构筑物名称规格/m数标高/m量(距试验地面)备注序号一一一一一一一孔一一一一一一一孔钻钻nU11口0nnCU工勺0ùù月产ù、ù0内,ùQ声,1内,é一一n门j月j内`,二,工n一一,1J.孟2,山,`,`,11低位水箱2高位水箱3第一处理槽4中间槽5第二处理槽6湿地槽7潜水泵8配水管9配水管1.6xl.2x0.81.5X1.0X0.61.2X0.8X0.81.0X0.6XO.61.0XI.2X0.81.8XI.5X0.8中25X1.2中20义1.2第4期关小满.地沟式污水处理系统微生物对氮脱除效果初步研究草木灰、砂等),铺垫深度6c0m;上层栽有岩豆藤、蔓常青藤、小玉竹(混杂自然生长)等观赏性植物。槽前焊进水嘴,进水管上设流量分配装置(三通、不同管径皮管,满足1/3一12/流量分配。内设塑料槽(1.1x0.lx0.05),配水管咚0xl.2m钻孔娜间距10mm;,25钻孔,间距10mmo(3)湿地槽底层为直径30一80mm的鹅卵石碎石,铺垫深度60mm;次上层为以黄壤为主配比的人工土;上层栽有芋头、美人蕉等观赏性植物。各处理槽都配有布水管和收水管。地沟式污水土地处理系统污水处理槽剖面结构如图2。2001年11月系统投运,2002年7月8日期间调控不同的水力负荷进行试验。3.3.3试验条件试验模拟自然环境的常温、常压条件下进行。根据试验要求调控高、中、低三种不同的水力负荷,分别进行进出水水温、pH、微生物、N川一N、TP、SS、CODcr、BODS的测定,根据综合处理效果分别研究微生物分布关系对N困-N、TP去除率的影响。经试验筛选,调控一级槽和中间槽水力负荷配比为3:2。试验过程水力负荷变化情况如表o2表2水力负荷变化情况试验时间水力流量/m.Lmin一’采样lnj00八“0八lj,山460000llno门j`UQ户低中高``改良良一一箭箭一一栩栩2002.7.2一62002.7.23一282002.8.2一9.34试验方法水质常规理化项目按《水和废水监测分析方法》15〕测定。土壤微生物项目按《土壤微生物分析方法手册f)6〕和《土壤微生物研究法》71[进行测定。图2地沟式土地处理荃本结构剖面3.3地沟式污水土地处理系统中试试验3.3.1试验用污水来源试验用水采自贵州省环科院宿舍5#楼化粪池沉淀后(经潜水泵加压,注入高位贮水箱)的生活污水。3.3.2试验时间4试验结果及分析中试期间,着重研究微生物的空间分布与N困一N的去除关系。4.1系统中徽生物的空间分布状况在不同水力负荷条件下,分别对各反应单元的氮化细菌、硝化细菌、反硝化细菌的现存量进行了测定。如表3、4、5。级槽氨化细菌硝化细菌反硝化细菌一级相一生物的空间分布抉况槽后端槽表层(距前缘15em)(表面下5一10em)7.00x1043.75x1053.50x1043.40x1041.25x1041.90x104氨化细菌硝化细菌反硝化细菌农3槽前端(距前缘15em)7.00x1043.35x1042.25义104表4槽前端(距前缘15em)5.20x1046.25义1043.95x104二级,徽生物的空间分布状况槽后端槽表层(距前缘15em)(表面下5一IOem)6.00x1048.80x1047.00x1047.00x1041.85xl042.55x104(个/g)槽深层(表面下30em)1.75x1042.95x1031.30x104(个/g)槽深层(表面下30em)8.90x1032.70又1033.25x104二级棺石油化工环境保护2003年第26卷沮地,橄生物的空间分布状况槽后端槽表层(距前缘15cm)(表面下5一10em)(个/g)槽深层(表面下30em)44Jf000月.一J.l曰.1氨化细菌硝化细菌反硝化细菌农5槽前端(距前缘巧cnY)3.50x1042.50x1041.40x1043.30X2.45X9.50X3。08X2.00X1.08X4通q内」00nUJ.几,工J.l湿地槽由表3、表4、表5数据可以看出,系统中硝化细菌、反硝化细菌在反应槽前端、后端、表层及深层的分布状况;一级槽各菌群数量均高于二级槽和湿地槽,且槽表层的硝化细菌比槽深层高1个数量级,说明气一土界面处的表层含氧土是主要硝化带。4.2徽生物分布份况与N咐一N去除关系的试验在不两水力负荷条件下完成各单元N田一N初给及残存浓度如图3、图东图凡所示枷一-,`-一分别从各单元定期采样测定的N川一N数据:一级槽对N困一N去除率大于二级槽和湿地槽。微生物分布情况与N叹一N去除关系表现出一致性。N可一N去除率随污水在系统中的滞留时间的延长降低,也就是说,污染物的去除主要发生在系统与污水的初始接触阶段—一级处理槽。4.3试验过程进、出水水质如表6丧6地沟式污水土地处理试验进出水水质测定结果去除项目指标出水率,%0产40,了no`Jl主00八“内、à0……内Jd.4411à6Qù80夕RO夕Qù斤999刃.6166&3616进水一级槽中间槽二级槽湿地槽反应单元圈3水力低负荷N时一N初始及残存浓度{{{...二二二....---......一一水温/℃PHOB马/mg·L一`OCcD/mg·L一1SS/mg’L一1Mf一N/哪·L一`Tp/mg·L一1细菌总数进水17.406一9140.33261.28.袖·皆、侧锐年+.NH137.086.708.761.0x1042.93x1061.11.8140x10413010乃一巧/个·mL一’5结论5·1攀生物空间分布对N可一N降解的关系试验进水由小功率潜水泵将化粪池生活污水提升至高位水箱后,试验流程的运行动力为各处理单元的标高位置差,污水在自流过程中向微生物源源不断提供适宜生存的湿度、温度、营养。试验后期,正值盛夏光照时间延长,气温的升高,更有利于微生物的繁衍生栖。微生物活动的参与,将不溶性有机氮化合物一可溶性氮化合物~按态氮(NH矛一N)~亚硝态氮(N街一N)~硝态氮(No多一N)。氨氮的去除过程可用下式表示:在好氧条件下ZN嘴+3qeeZN-O2+4H++2珑O乙·日助、侧说砰+分z进水一级梢中间箱二级箱湿地摘反应单元图4水力中负荷N+.H一N初始及残存浓度200150禽禽门万言言0000ùIù..二乙山追侧悦年十叮z进水一级摘中间枯二级槽湿地槽反应单元圈万水力离