（市政工程专业论文）树皮填料补充碳源强化人工湿地脱氮初步试验研究.pdf

中文摘要 人工湿地可应用于城市污水厂出水深度处理和农业污染治理等，但反硝化 碳源不足问题制约了其脱氮功效。本试验利用树皮作为垂直流人工湿地强化反 硝化填料，分析了水力负荷、硝酸盐负荷以及p h 值对人工湿地脱氮效果影响。 结论：( 1 ) 树皮通过挂膜转入人工湿地后进行微生物驯化，一个月后，人 工湿地中反硝化菌数量已经稳定并且能够有效地利用纤维素分解菌的产物进行 反硝化，达到微生物培养、驯化目的，证明以树皮作为脱氮碳源是可行的。 ( 2 ) 当温度控制为2 5 ，进水n 0 3 - - n 控制在5 0 m g l 左右时，出水硝酸盐 浓度以及反硝化速率随水力负荷的降低而降低，去除率随之增大，当水力负荷 为o 1 m 3 ( m 2 d ) 时，出水n 0 3 - - n 稳定在9 m g l 左右，n 0 3 - - n 去除率可以达到8 0 左右。反硝化菌可以很好的利用纤维素菌产生的碳源进行反硝化，进出水c o d 差值基本是纤维素菌所产生的难降解产物，当水力负荷变小时，h r t 增大，木 质纤维素分解充分，c o d 溶出量有所增大。 ( 3 ) 当温度控制为2 5 c ，水力负荷控制在0 3 m 3 ( m 2 d 、) 时，随着进水硝酸 盐负荷的降低，硝酸盐去除率逐渐升高。脱氮效率却随之降低。 进水硝酸盐负荷对纤维素菌的活性影响不大，反硝化菌在高硝酸盐负荷下 更能有效的利用碳源进行反硝化，反硝化碳源利用率与进水硝酸盐负荷变化趋 势一致。 ( 4 ) p h 值直接影响到微生物的生理活动。在本试验反应器中，系统内纤维 素分解菌所产生的酸度可中和反硝化菌所产生的碱度，并对反应器内的p h 值有 一定的调节能力。当温度控制为2 5 ，水力负荷控制在0 3 m 3 ( m 2 d ) ，p h 值在 7 8 之间时，出水硝酸盐可保持在3 0 1 3 2 6 m g l ，去除率在3 2 左右，脱氮效 率为3 5 m g d 左右，反硝化效果较佳，p h 值超出此范围，纤维素分解菌和反硝 化菌活性降低，反硝化效果受到影响。 ( 5 ) 树皮填料人工湿地可以有效地去除二级污水处理中尾水的硝酸盐，去 除率一般保持在7 0 以上。人工湿地中存在s n d 现象，在分析传统s n d 模型 缺陷的基础上提出了新的s n d 模型。出水亚硝酸盐有少量增加，主要原因是在 低d o 的条件下，亚硝酸盐向硝酸盐转化的过程受制，系统中可能还存在短程硝 化反硝化现象。 树皮填料人工湿地强化脱氮效果显著，为人工湿地脱氮提供了新的思路， 同时新的s n d 模型的提出，通过改变碳源的供给途径，更能有效地在同一反应 器内实现硝化与反硝化。 关键词：人工湿地脱氮树皮碳源 a b s t r a c t c o n s t r u c t e dw e t l a n d sh a v eb e e nw i d e l yu s e df o rt h et r e a t m e n to fo u t l e t so f m u n i c i p a l w a s t e w a t e rt r e a t m e n tp l a n t s ，t r e a t m e n to f a g r i c u l t u r a lp o l l u t i o ne t c ， a d e q u a t ec a r b o ni sav e r yg o o ds o u r c ef o rd e n i t r i f i c a t i o na n di ti sv e r yc r u c i a lf o r i m p r o v i n g t h er e m o v a lr a t eo fn i t r a t en i t r o g e ni nc o n s t r u c t e dw e t l a n d s a na t t e m p th a sb e e nm a d et ow o r k o u tf o r t h en i t r a t er e m o v a lb yt h ei n t e g r a t e d v e r t i c a lc o n s t r u c t e dw e t l a n d ，t h eb a r kw a su s e df o rc a r b o ns o u r c e ，t h er e s u l t ss h o w st h e d e n i t r i f y i n gb a c t e r i ai nt h ec o n s t r u c t e dw e t l a n d sc a nu t i l i z et h ec a r b o ns o u r c ev e r y w e l l ，p r o d u c e db yb a r kt or e m o v en i t r a t en i t r o g e n a tt h ec o n d i t i o no fi n f l u e n tn 0 3 一no f5 0m g la n dt h et e m p e r a t u r eo f2 5 c ，t h e e f f i c i e n c yo fd e n i t r i f i c a t i o ni n c r e a s e sw i t ht h eg r o wo ft h eh y d r a u l i cl o a d i n g ，b u tt h e r a t eo ft h en i t r a t en i t r o g e nr e m o v a ld e c r e a s e s a tt h eo u t l e tn 0 3 - no f9 m g la n dt h e c o n d i t i o no fh y d r a u l i cl o a d i n go f0 1m ( m 2 d ) t h er e m o v a lr a t eo fn i t r a t en i t r o g e ni n t h ew e t l a n ds y s t e mi sa r o u n d8 0 t h ed i f f e r e n c eo fc o db e t w e e ni n f l u e n ta n do u t l e t i sh a r dd e g r a d a t i o np r o d u c tg e n e r a n t e db yb a c t e r i a ，i t sr e f l e c tt h ea c t i v i t yo fb a c t e r i a l c e l l u l o s e ，t oac e r t a i ne x t e n t l i g n o c e l l u l o s ed e c o m p o u n dp l e n i t u d ea tl o n gh r t t h e c o d0 fo u t l e ti n c r e a s e s a tt h ec o n d i t i o no fi n f l u e n tn 0 3 - no f5 0m g la n dt h eh y d r a u l i cl o a d i n go f0 3 m 3 ( m 2 - d ) ，t h ee f f i c i e n c yo fd e n i t r i f i c a t i o ni n c r e a s e sw i t ht h eg r o wo ft h ei n f l u e n t n i t r a t el o a d i n g ，b u tt h er a t eo ft h en i t r a t en i t r o g e nr e m o v a ld e c r e a s e s t h ed i f f e r e n c e o fc o do fo u t l e ti sb a s i c a l l yu n c h a n g e dc o m p a r e dw i t hi n f l u e n t a tt h ec o n d i t i o no fi n f l u e n tn 0 3 - no f5 0m g 几t h et e m p e r a t u r eo f2 5 ca n d a n dt h eh y d r a u l i cl o a d i n go f0 3m ( m 2 - d ) ，t h es u i t a b l ep hi s7t o8 , t h ei n f l u e n t n 0 3 一ni s3 0 1t o3 2 6m g 几t h ep hi so u to ft h i sr a n g e ，i tr e s t r i c tt h ed e n i t r i f i c a t i o n p r o c e s s t h en i t r a t eo fo u t l e to f m u n i c i p a lw a s t e w a t e rt r e a t m e n tp l a n t sc a nb er e m o v e d b yt h ei n t e g r a t e dv e r t i c a lc o n s t r u c t e dw e t l a n du s e f u l l y , s n dw a sb e e nf o u n di nt h e c o n s t r u c t e dw e t l a n d s n dm o d e lw a se s t a b l i s h e dc o m p a r e dw i t ht h et r a d i t i o n a ls n d m o d e l t h eo u t l e tn i t r i t ei n c r e a s e sb i t t l y t h ec o n v e r s i o no fn i t r i t et on i t r a t ei s r e s t r i c t e d ，b e c a u s eo fl o wd oc o n d i t i o n s k e yw o r d s ：c o n s t r u c t e dw e t l a n d d e n i t r i f i c a t i o nb a r kc a r b o ns o u r c e 独创性声明 本人声明，所呈交的论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究 成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人 已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得武汉理工大学或其它教育机构的 学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已 在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 关于论文使用授权的说明 本人完全了解武汉理工大学有关保留、使用学位论文的规定，即学校有权保 留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借 阅。本人授权武汉理工大学可以将本学位论文的全部内容编入有关数据库进行检 索，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存或汇编本学位论文。同时授权经武 汉理工大学认可的国家有关机构或论文数据库使用或收录本学位论文，并向社会 公众提供信息服务。 ( 保密的论文在解密后应遵守此规定) 期： 武汉理r 大学硕七论文 1 1中国水环境现状 1 1 1 国家相关政策分析 第一章绪论 国家环境保护总局于2 0 0 5 年发布关于严格执行 的通知指出部分地方污水处理等级不够，污水未经处理直接排入水 体，要求加大实施和管理力度【1 1 。 2 0 0 6 年对城镇污水处理厂污染物排放标准进行修改，将4 1 2 2 修改为： 城镇污水处理厂出水排入国家和省确定的重点流域及湖泊、水库等封闭、半封闭 水域时，执行一级标准的a 标准，排入g b 3 8 3 8 地表水i i i 类功能水域( 划定的 饮用水源保护区和游泳区除外) 、g b 3 0 9 7 海水二类功能水域时，执行一级标准 的b 标准【引。调控加强了对城镇污水处理的力度。 2 0 0 8 年发表的重要领域和主要任务指出要加快城市污水处理与再生利 用工程建设。到2 0 1 0 年，所有城市都要建设污水处理设施，城市污水处理率不 低于7 0 。不断提高城镇污水收集的能力和污水处理设施的运行效率，保证污水 处理厂投入运行后的实际处理负荷，在一年内不低于设计能力的6 0 ，三年内不 低于设计能力的7 5 【引。 2 0 1 0 年2 月6 日为贯彻落实科学发展观，加强环境监督管理，了解各类企 事业单位与环境有关的基本信息，建立健全各类重点污染源档案和各级污染源信 息数据库，为制定经济社会政策提供依据，中国环境保护部公布了第一次全国污 染源普查。这是我国第一次系统的对污染源进行普查。 根据近年国家环保局的文件分析，我国对污水处理的力度正逐步加强，处理 率与处理深部逐步加大，污水处理越来越受到人们的重视，脱氮除磷研究成为学 术焦点。 1 1 2 我国城市水环境现状 城市污水即排入城市污水管网中的生活污水，也包括各种工业废水以及降 雨、融雪、夹杂的废物、垃圾等。城市污水处理是市政工程的一个重要分支，是 保护环境的重要组成部分，对于维持当地的生态平衡，改善城市生活环境以及消 除环境污染对人们的危害都是必不可少的。大量城市污水如不经过处理而任意排 武汉理+ t = 大学硕士论文 放，会导致当地水体、土壤的严重污染，进而影响到人们的健康，所以城市污水 治理是确保水体洁净，人民健康生活的保证。 九十年代全国年排污量约为3 5 0 亿n 1 3 ，但城市污水集中处理率仅为1 5 ， 全国超过8 0 的城市污水未经任何有效的收集处理就直接排放到附近的水体，直 至1 9 9 8 年全国污水排放量为3 5 6 3 亿r n 3 ，污水处理量为1 0 5 3 亿r n 3 ，污水处理 率仅为2 9 6 ，同时污水排放年增量达2 4 亿m 3 ，而每年新增加的污水处理能力 仅3 亿多m 3 ，远远赶不上污水排放的增长速度，污水处理能力的缺口不断扩大【4 1 。 我国本身就是一个缺水严重的国家，水环境的恶化无疑加重了我国的水危机。随 着社会的进一步发展，我国污水排量亦趋为世界第一。2 0 0 8 年，全国废水排放 总量5 7 1 7 亿吨，比上年增加2 7 。废水中n h 4 + n 排放量1 2 7 0 万吨，比上年 减少4 0 。其中，工业n h 4 + n 排放量2 9 7 万吨，占n h n + - n 排放量的2 3 4 ， 比上年减少1 2 9 ；生活n h a + - n 排放量9 7 3 万吨，占n h 4 + n 排放量的7 6 6 ， 比上年减少1 0 。工业废水排放达标率9 2 4 ，比上年提高0 7 个百分点。工业 用水重复利用率8 3 8 ，比上年提高1 8 个百分点【5 j 。2 0 0 8 年中国人均收入1 5 7 8 1 元，相当于日本以及西方发达国7 0 年代的水平。而相比东德用了1 6 年的时间 ( 1 9 7 9 1 9 9 5 ) 将污水处理率从5 2 0 提高到7 0 1 6 1 ，中国污水处理率从5 1 9 9 提高到7 0 规划只用5 年的时间( 2 0 0 5 年到2 0 1 0 年) 【4 j 【引。由此可见，随着我 国对污水治理的重视，污水处理率得到大幅度提高，节能减排也初见成效。但污 水处理率提高的背后存在着一些隐患，随着污水总量的进一步增加以及人们对环 境的进一步要求，原有的水厂出水已经达不到新的排放标准，随着水资源的进一 步匮乏，污水厂出水作为一种资源也越来越受到重视，污水再生回用逐渐进入议 事日程。 城市人口的不断增多造成城市污水的大量增加，又因污水处理力度的不足的 原因引起城市水环境的恶化以及水资源的短缺，目前研究重点主要针对以下三 占 j 、 ( 1 ) 城市湖泊污染严重，氮磷指标过高 城市湖泊指位于大中城市城区或近郊的中小型湖泊，如杭州西湖、武汉东湖、 北京昆明湖、南京玄武湖、广州流花湖等。由于污染物的大量排入，超过了水体 的自净能力，原来需要几千年或更长时间才能完成的水体富营养化在几年时间内 就已形成。按照总氮浓度0 2 m g l 和总磷浓度0 0 2 m g l 的国际湖泊富营养化的 判定标准，对全国2 5 个大中型湖泊进行的调查，已趋富营养化的湖泊达9 2 。 多数湖泊总氮浓度高出5 - 1 2 5 倍，部分湖泊总磷浓度高出1 0 - 5 0 倍。城市湖 泊环境的恶化直接影响了城市人民的生活，损害了城市的形象，因此湖泊环境的 治理改善与资源保护受到广泛的关注。 2 武汉理工大学硕士论文 ( 2 ) 城市地表径流污染有待解决 城市地表径流污染是指在降雨过程中雨水及其形成的径流流经城市地面，聚 集一系列污染物质( 如原油、氮、磷、重金属、有机物质等) 并直接排入水体而造 成的水体非点源污染。雨水径流污染来源主要为：汽车产生的污染物，屋面建筑 材料，建筑工地、路面垃圾和城区雨水口的垃圾和污水，大气的干湿沉降等。 城市雨水径流污染晴天累积、雨天排放，具有突发性强，随机性强，污染径 流量大的特点。对城市雨水径流污染控制的难点在于：污染物量大面广，组成复 杂；不透水面比例高，人类干扰强度高；初期径流污染严重。如何有效的控制面 源污染是城市水环境治理的一个重点。 ( 3 ) 污水厂升级改造以及污水回用问题 随着城市、社会的发展，人们对环境的要求越来越高，原有的部分污水厂不 能满足目前最新的排放标准，面临着升级改造的问题，需要从一级b 升级到一 级a ，使一些已建的污水处理厂能够达到除磷脱氮的指标，这是目前我国新一轮 污水治理技术研究的重点。在污水厂升级改造中，常见的一个问题就是碳源不足 问题。城市污水本身作为一种资源，在解决我国水危机问题中污水回用应该起到 重要的作用。污水经过深度处理再生可以达到回收淡水资源的目的。污水再利用 可以用于农业灌溉、工业生产、市政用水、杂用水等。大力发展城市再生水，提 高循环用水率，是解决城市乃至农村缺水的关键。 近些年，人工湿地作为城市水体环境生态修复技术被广泛应用，在城市湖泊、 景观水体、城市雨水径流以及污水厂尾水处理等方面都取得的不错的效果，人工 湿地也成为了学术界的热点，其中除磷脱氮的研究成为重点。 1 1 3 我国农村污水现状 随着农村经济的不断发展，尤其像东、南沿海发达地区的农村，由于工业发 展的需要，农村村镇的土地资源在不断地整合优化，住户向乡镇社区集中，因此 乡镇的人口也在不断扩大，有的已经可以达到数干户规模。在农村先富起来的一 些乡村，也在普及楼房、优化厨房以及抽水马桶等城市化设施。人口的相对集中、 农村经济的不断发展带来了农村村落污水的出路问题以及由此产生的公共卫生 安全问题。 1 1 3 1 农村污水处理问题 ( 1 ) 总量巨大并逐年增加 2 0 0 2 年统计结果表明，全国农村生活污水日排放量3 2 0 5 万吨，其中总氮排 放量约为2 8 3 1 吨，总磷日排放量约为5 6 6 吨，基本上未经过任何处理就直接排 放【8 】。随着“十一五”国家政策向农村地区和中小城镇的倾斜，中国新农村和 3 武汉理下大学硕士论文 中小城镇建设正以前所未有的速度向前推进，农村地区居民生产生活污水的排放 量也以数倍乃至十几倍的速度增长着。建设部村庄人居环境现状与问题的调 查报告，对我国具有代表性的9 个省4 3 个县的部分村庄进行了入村入户调查， 结果显示，9 6 的村庄没有排水渠道和污水处理系统，生活污水乃至生产污水随 地排放1 9 1 。8 9 的村庄将垃圾堆放在房前屋后、坑边路旁甚至泄洪道、水源地、 村内外池塘，垃圾的收集与处理无人负责。目前全国农村每年有超过2 5 0 0 万吨 的生活污水直接排放，造成当地河流、水塘污染，严重影响了村民的居住环境， 威胁到农民的身体健康【9 1 。据第五次全国人口普查显示，目前中国农村入口约8 9 亿，占人口总数的7 0 1 。随着乡镇、农村的进一步的发展以及广大农村人民生 活水平的进一步提高以及生活条件的明显改善，人口居住日趋集中，农村生活污 水的排放量不断增加，到2 0 1 0 年，中国村镇污水排放量约为2 7 0 亿吨【1 0 l 。 ( 2 ) 水质水量波动很大 农村生活污水水质水量因地区性、经济程度的差异而有着较大的不同。经济 水平相对较低的农村生活污水主要是洗涤、沐浴等废水，而卫生洁具或卫生间的 排水则较少。因为一方面粪便污水大部分用于还田，另一方面由于没有卫生洁具 或合理的集水系统，生活污水收集难度较大。经济水平相对较高的农村的生活污 水则包括卫生间排水。不含粪便污水的水质总氮总磷都较低；含粪便污水的水质 磷氮含量很高，处理难度很大【l 。农村污水一般不含有毒物质，但含有较多的合 成洗涤剂以及病毒、细菌、寄生虫卵等。农村生活污水的排放为不均匀排放，瞬 时变化比较大，日变化系数一般在3 0 5 0 之间，在某些变化较大的情形下甚至 可能达到1 0 o 以上【1 1 j 。 东南大学调查和定点实测示范区自然村农户用水及排水情况，发现旧居住区 农户生活水平较低，基本无卫生洁具，平均每户用水量仅3 5 t 月，而新居住区 有卫生洁具的住户可达6 0 以上，平均每户用水量可达1 0 - 1 4 f f 月。旧居住区生 活污水排放量在3 0 - - 4 0l 人d 之间，而新居住区在8 0 l 人d 左右。新旧居住区 人均污水排放量相差一倍以上i l 引。在水质方面，新居住区农户的污水c o d c ，日 平均可达3 5 0 4 5 0m g l ，而旧居住区平均在7 8 0 一- 1 3 4 9 m g l 之间，旧居住区排 水中的c o d 是新居住区的2 - 4 倍，这与旧居住区居民用水反复使用有关。在氮、 磷浓度上，新旧居住区相差不大，t p 最大在4 5 6 5 m g l 之间，平均为2 8 m g l ， t n 浓度最高为7 0 - 8 0 m g l ，平均为3 6 m g l 1 1 2 j 。大部分污水b o d c o d 比约为 0 5 ，适合采用生物处理法，部分污水c n 比失调，不利于生物脱氮。 李先宁等对滇池地区农户污水排放现状做了调查，也证明新、1 日居住区污水 排水状况存在着较大的差异，新居住区入均排水量为7 8 o l ( c a p d 、) ，约是旧居住 区的2 6 倍【1 3 】。而从污水水质上看，旧居住区排水c o d 浓度较高，约为新居住 4 武汉理工火学硕士论文 区排水c o d 的1 7 倍，而t n 、t p 浓度却低于新居住区约1 4 和1 7 ，总体来说 与旧居住区相比，新居住区具有污水排放量大、有机物浓度较低、t n 、t p 浓度 高的特点，两者差距较大。产生这类差异的主要原因在于旧居住区居民经济条件 相对较低，用水反复使用之后才排放，因而造成c o d 浓度较高，同时由于旧居 住区农户基本没有安装卫生洁具，因此生活污水中粪便成分较少，从而导致t n 、 t p 浓度较低【1 3 】。旧居住区的t n 排放量为0 9 9 ( c a p d ) ，t p 排放量为0 1 9 ( c a p - d ) ， 而新居住区的t n 、t p 排放量分别为2 0 9 ( c a p d ) 和0 2 9 ( c a p d ) ，显然新居住区 要高于旧居住区。同时新旧居住区粪便流出量都较少，t n 、t p 排放当量都低于 世界银行报告的t n4 0 k g ( c a p d ) 和t p1 0 k g ( c a p d ) ，但高于我国滇池农村地区的 t n 0 4 k g ( c a p d ) 和t p0 0 4 6 k g ( c a p d ) ，表明该地区经济较发达，所造成的生活污 染也较为严重1 1 3 】。 ( 3 ) 直接排放 农村中污水排放分散，难于收集，所以直接排放占主要地位。兰虹等指出上 海农村中，散落的自然村落中存在直接排放的情况，农民生活污水直接排放到村 落附近的河道中，或通过明沟排入河道，并没有经过任何处理。有部分居民的生 活污水直接泼洒到地面上，部分污水直接蒸发掉，另一部分通过渗流作用最终也 进入村落附近的河道。一些老房子卫生条件很差，没有抽水马桶等卫生设备，人 们便用马桶将粪便等排泄物直接倾倒入河道1 1 4 1 。 余浩对太湖附近农村调查后得出：所有农村的生活污水均未处理。生活污水 洒在空地的约占1 4 4 ，就近排入河流的约占4 1 8 ；先排入下水道而后入河的 约占3 3 8 。农村生活污水和村落地表径流中t n 、t p 对水体污染的贡献率分别 为2 9 和3 4 ，为造成当地水环境污染的主要污染源【1 2 】。 1 1 3 2 农村污水处理工艺 农村污水处理工艺一般采用具有管理简单、运行费用低等优点的工艺，包括 人工湿地、渗滤系统、氧化塘等，下面简单介绍几种工艺。 ( 1 ) 渗滤系统 1 ) 净化机理 有机物的去除：快渗滤系统主要是机械过滤与吸附作用；去除有机污染物， 在淹水期积累、在落干期被氧化降解。在慢渗滤和地下渗滤系统中土壤较多，微 生物丰富，c o d 去除率很高。 氮的去除：土壤对氨氮的吸附率很高，总氮的去除依然主要靠硝化反硝化， 增强脱氮效果可以通过缩短水力负荷周期，提高其复氧能力，避免对n h 3 n 吸 附达到饱和来实现。对t n 去除率低的主要原因是缺少有机碳源以及供氧不足。 反硝化时当废水中b o d t n 值大于3 5 时，即可认为碳源充足，不需要外加碳 5 武汉理工大学硕士论文 源【1 5 1 。 对磷的去除：对没有植物的渗滤系统来讲，其除磷机制主要是依靠介质的 吸附、化学沉淀和微生物积累。磷很容易被土壤胶体吸附或与土壤中的c a “、 m 9 2 + 、f e “、a 1 3 + 等离子发生化学反应形成各种沉淀态磷和吸附态磷，沉积在土 壤颗粒中，几乎不再发生转移，土壤的固定吸附作用是渗滤系统去除磷的主要途 径。在土壤层比较薄薄的渗滤系统中，土壤吸附磷的能力有限；若保持较高的水 力负荷，则对磷的去除效果较差【1 5 】。 2 ) 工艺概述 快渗滤系统 按照预先设定的方式将污水投配到具有渗滤性能良好的土地表面，在渗滤的 过程中，污水在氧化、还原、沉淀、过滤以及生物氧化、硝化反硝化等一系列物 化及生物的作用下，得到净化处理的一种土地处理工艺。 慢速渗滤系统 慢速渗滤系统是将污水有序的投配到种有植物或作物的土壤表面，污水在流 经土壤表面以及在土壤植物系统内部渗滤时，在一系列物化以及生物作用下得 到净化的土地处理工艺。慢速渗滤的污水投配到种植作物土壤中时，一部分污水 在地表直接蒸发掉，另一部分在流经土壤表面以及向下渗透的过程中，小部分营 养物质和污水被作物吸收以满足其生长的需要，大部分污水经渗滤处理后进入地 下水系统，若下渗过程中遇到阻截限制，可设置回收井或排水沟进行回收1 1 副。 地下渗滤系统 地下渗滤系统是利用并强化土壤微生物以及土壤植物生态系统的净化功能 的土地处理系统，采用在土壤亚表面布水的方式投配污水，将污水投配到良好扩 散性能和具有一定构造的土层中，使污水中的污染物在生态系统的物质循环中进 行降解，从而达到净化水质的效果1 1 5 】。投配的污水在土壤表面及内部扩散时得到 净化，大部分污水被植物吸收或蒸发掉，小部分污水渗入地下。地下渗滤系统以 渗滤沟式和毛管湿润渗滤系统为主。在渗滤沟式地下渗滤系统中污水投配到埋入 地下的渗滤沟中，然后透过补水管缓慢地向周围土壤渗透、浸润扩散【1 5 1 。毛管 湿润渗滤系统也叫做尼米槽式系统，其主要特点是在布水管下方设有一个不透水 的厌氧槽，里面装有石英砂等填料，布水管周围则是用合成纤维织物包裹的砾石， 砾石上方为表层土壤【1 6 j 。当污水经布水管首先进入厌氧槽中，积累到一定程度后 在砂子及土壤毛细力的作用下扩散到厌氧槽四周和上方的土壤中，而污水的固体 s s 则大多数被砂子截留停留在厌氧槽中并在槽中逐渐酸化，这样可以减少土壤 被堵塞的可能性，同时可以提高出水水质，并且厌氧槽的存在也可以起到抗冲击 的作用【1 6 j 。 6 武汉理r l 大学硕士论文 3 ) 工艺优缺点 优点：土地渗滤技术中比较适用于农村生活污水的是地下渗滤系统，其中又 以土壤毛管渗滤系统更为适合。该工艺对有机物去除率很高，磷的去除率也很高， 氮的去除率在进水氮低浓度时或c n 比高的情况下去除率高。 缺点：普遍反硝化程度差，这也是制约土地渗滤技术的因素；其次堵塞问题 也是比较难解决的问题，在污水进入系统前要先降低其中的s s ，要在其前面加 处理设施，且土地渗透性能要很好。 ( 2 ) 稳定塘 稳定塘是经过人工适当休整的土地，设围堤和防渗层的污水池塘，主要依靠 自然生物净化功能使污水得到净化的一种污水生物处理技术。 1 ) 净化原理 稀释作用 污水进入塘后，通过扩散使进水得到了稀释，降低了其中各项污染指标的浓 度。稀释作用并没用改变污染物的性质，但为进一步净化作用创造了条件。 沉淀和絮凝作用 污水进入稳定塘后，由于流速降低，其所挟带的悬浮物质，在重力作用下沉 于塘底。这使污水中的s s 、b o d 、c o d 等都得到了一定的降低。此外在稳定塘 中还有大量的生物分泌物，这些物质一般都具有絮凝作用，在其作用下，污水中 的细小悬浮颗粒产生了絮凝作用，小颗粒聚集成大颗粒物质，沉于塘底形成沉积 层。沉积层则通过厌氧分解进行稳定【1 7 1 。 好氧微生物的代谢作用 这是污水净化最关键的作用，能够取得很高的有机物去除率，b o d 5 可去除 9 0 以上，c o d 去除率也可达8 0 。 厌氧微生物的代谢作用 在厌氧塘和兼性塘的塘底，有机污染物一般能够经历厌氧发酵3 个阶段的全 过程，最终产物为c 0 2 和c h 4 以及硫醇等。c h 4 的水溶性较差，最终从水面逸 走。有机酸有可能扩散到兼性层或好氧层，被兼性微生物或好氧微生物进一步加 以分解，也有可能沉于塘底后在厌氧微生物的作用下，转化为可降解的物质而被 进一步降解【1 7 1 。 浮游生物的作用 藻类的主要功能是供氧，同时也去除氮磷等污染物。原生动物、后生动物及 枝角类浮游动物主要作用是吞食污泥颗粒和细小的悬浮状污染物以及细菌，还可 以分泌能够产生生物絮凝作用的粘液。 水生维管束植物的作用 7 武汉理_ 亡大学硕七论文 植物可以吸收部分氮磷，其根部可以富集重金属、供氧以及为微生物提供生 活介质等功能【1 7 。 2 ) 工艺概述 传统稳定塘系统的出水水质不稳定，往往藻类含量较高，导致s s 或c o d 等偏高。污水的停留时间长，占地面积大，而且受季节性影响很大，使其发展受 到限制。 下面介绍三种改良工艺。 生态塘 工艺流程如下： 污水在塘中经过稀释、絮凝、沉淀以及厌氧微生物、好氧微生物、浮游生物 以及水生植物的作用，有机物可以得到有效的降解。分析各个塘中有机物的去除 效果，在厌氧塘中，b o d 5 去除率为1 7 ，c o d 去除率为1 4 ；曝气塘中b o d 5 的平均去除率为1 8 ，c o d 的平均去除率为9 【1 8 】；在曝气养鱼塘中b o d 5 的去 除率可以达到3 6 ，c o d 的平均去除率为2 2 ；鱼塘中b o d 的去除率在1 0 左右；藕塘或浮萍塘中b o d 的去除率也在1 0 左右；苇塘中b o d 的去除率可 以达到3 0 。在藻类生长旺盛的曝气养鱼塘中，由于d o 较高，h r t 较长，对 有机物的去除率较大【1 8 j 。 在东营生态塘系统中，氮通过氨挥发、硝化反硝化以及植物吸收( 芦苇、浮 萍、藻类) 的方式得到去除。其中氨挥发仅占氨氮去除总量的0 9 ，植物吸收占 1 8 8 ，其余的氨氮主要通过硝化反硝化去除。系统中的磷主要通过生物吸收以 及沉淀方式去除，以沉淀方式去除的t p 约占其去除量的6 4 ，是1 1 p 去除的主 要方式【1 引。 高效藻类塘 高效藻类塘是在传统稳定塘的基础上发展起来的一种改良形式，强化利用藻 类功能来产生有利于微生物生长和繁殖的环境，形成稳定的藻菌共生系统，达 到对c o d 、尤其是t n 和t p 等污染物的有效去除1 1 9 】。由于大量藻类存在，高效 藻类塘出水中的叶绿素、d o 、p h 、s s 都明显高于传统稳定塘，但溶解性c o d 差别并不是很大，而t p 、n h + 4 - n 的浓度都要低于传统稳定塘。高效藻类塘对 8 武汉理亡大学硕士论文 t n 的去除主要是氨挥发和藻类吸收作用来完成的1 1 9 】。由于d o 和p h 的昼夜变 化使得硝化细菌难以生存，所以硝化现象很少发生。高效藻类塘对t p 的去除主 要是通过化学作用将磷酸盐转化为颗粒态磷沉淀下来以及藻类吸收来去除。但高 效藻类塘的脱氮除磷机理至今还没定论，还需进一步完善1 1 9 1 。 何少林【1 9 】采用了高效藻类塘来处理农村生活污水，并取得一定成果。高效藻 类塘全年对c o d 的去除效率为8 0 ，对t n 去除效率为2 9 ，对t p 的去除效 率为2 2 。 阿科蔓氧化塘 阿科蔓技术与一般氧化塘的最大区别是具有阿科蔓生态基。阿科蔓生态基是 一种用于生态性水处理的高科技材料，其表面积大，特殊孔结构等优点，可以为 微生物提供理想的生活环境，从而加大氧化塘中微生物的量以强化一般氧化塘的 处理效果。阿科蔓生态基不溶于水且不会造成环境的污染。 3 ) 工艺优缺点 优点：氧化塘可以适合不同的处理规模且基建费用低廉。可以由天然塘系统 改建而成，不需要大量机械设备，工程简单，基建费一般比常规处理方法节省 1 2 到2 3 , 出水水质基本稳定，可以用于水产养殖、回灌农田或景观水而且运行 费用也很低。 缺点：需要有可利用的池塘来做改建，单独的氧化塘工艺很难满足出水水质 要求，另外池底淤泥有待进一步的解决。 ( 3 ) 厌氧处理系统 1 ) 净化原理 有机物的去除 厌氧反应一般被分为3 个阶段：第一阶段是在水解与发酵细菌的作用下、使 碳水化合物，蛋白质以及脂肪通过水解和发酵作用转化成氨基酸、单糖、甘油、 脂肪酸及二氧化碳等；第二阶段是在产氢产乙酸菌的作用下，把第一阶段的产物 转化成氢、二氧化碳和乙酸。第三阶段，是通过两组生理上不同的产甲烷菌的作 用，一组是把氢和二氧化碳转化成甲烷【1 刀，即： 4 h 2 + c 0 2 一c h 4 + 2 h 2 0 另一组是对乙酸脱羧产生甲烷，即： 2 c h 3 c o o h 呻2 c h 4 + 2 c 皱 在厌氧消化过程中，由乙酸形成的c h 4 约占总量的2 3 ，由c 0 2 还原形成的 c h 4 约占总量的1 3 1 7 1 。 除氮机理 在厌氧条件下，n 0 3 n 反硝化为n 2 而被去除，而n h 4 + n 的去除效果很差， 9 武汉理1 = 大学硕士论文 其中厌氧氨氧化可去除少量n h 4 + n 。在去除底泥的过程中，一部分氮也会被去 除。 磷的去除机理 磷的去除主要是由吸附沉淀和微生物吸收双重作用所致。仅靠厌氧脱氮除磷 的效果很差。 2 ) 工艺概述 地埋式无动力厌氧处理技术( u u a r ) 沈东升等采用生活污水自流的方式，应用厌氧生物膜技术，采用内充固定空 心球状填料的地下厌氧折流式或管道式反应器装置，利用悬浮和附着于空心球状 填料内外表面的驯化厌氧或兼氧微生物去除生活污水中的c o d 、病原菌和部分 氮、磷，从而达到净化生活污水的目的【1 0 1 。 此装置可以有效地去除农村生活污水中的有机物质，c o d 出水达到一级标 准。t n 和t p 均有一定的去除效果，t n 去除率为2 0 左右，口去除率为4 5 左右【l o 】。 无动力高效组合式厌氧生物膜反应器 以厌氧处理为主的无动力高效组合式生物膜反应器技术，在杭州市农村的许 多工程中都得到了较好的应用。该技术以厌氧处理为主、兼氧过滤为辅，其工艺 流程如下： 地埋式一体化溅水充氧生物滤池 东南大学于宜兴大浦镇建设试验型工艺：地埋式一体化溅水充氧生物滤池。 工艺流程为进水一调节池( 里面有格网可以起到截留漂浮物作用一自吸泵抽到缺 氧池( 内挂有组合填料) 一溅水到生物滤池( 填料可能是石英砂或陶瓷滤料) 一 沉淀池一泵抽水到河里。 3 ) 工艺优缺点 优点：污水采用自流方式，无动力消耗，运行费用低，管理方便。与好氧 有动力工艺相比，厌氧工艺一次性投资省( 比同规模好氧工艺可节省约3 0 0 殇) ，且 几乎没有运行费用。u u a r 全部埋于地下，不占地表，也无需专人管理。采用地 埋式处理工艺，在冬天可起到保温作用【1 0 】。 缺点：单独厌氧处理对n h 4 + n 的去除率很低，对t n 、t p 有一定去除，但 1 0 武汉理工人学硕士论文 却不高，单独工艺出水达不到要求，所以后面还需加其他处理工艺。 ( 4 ) 生物转盘 1 ) 净化原理 当转盘运转时，污水中微生物附着在转盘盘片的内外表面，挂膜几天后盘面 上便长出一层生物膜。当盘片转动过程中，夹带着污水薄膜离开液面，污水沿着 生物膜表面向下滴流，空气中的氧气通过混合、扩散、渗透等作用，不断溶解到 水膜中1 2 1 】。同时微生物从水膜吸收溶解氧，对吸附在生物膜上的有机物进行氧化 分解。随着生物转盘连续转动，盘上生物膜交替地和空气、水接触，使吸附吸 收、溶解氧分解氧化的过程不断进行，从而使氧化槽污水中有机物浓度降低和 溶解氧含量增加，污水得到了净化【2 1 1 。 2 ) 工艺概述 东南大学采用自回流生物转盘处理农村生活用水，自回流生物转盘不同于传 统污水处理生物转盘的地方在于在转盘盘片外设有框架，框架的外周围上设有回 流水管，框架内部设有多孔球形填料。盘片框架的圆心处设有转轴【2 。多孔球形 填料材质为聚乙烯，填料分内外双层球体，外部为中空渔网状球体，比表面积大， 这使得盘片整体比表面积比传统的生物转盘盘片有所提高，生物膜更易附着，生 物量大，处理效率高。在保证一定的转盘面积负荷、容积负荷和水力负荷的同时 能显著降低转盘的占地面积，转盘填料组合方式灵活，拆卸方便，易于维护【2 1 1 。 此工艺c o d 平均去除率为5 7 9 5 ；出水t n 浓度范围在8 2 2 - - - - 6 0 5 5 m g l ， 平均去除率为5 0 8 ；t p 平均去除率为6 0 ( 但需加药强化除磷) 。直接费用为 4 9 7 5 元，投资为9 9 5 元m 3d 。工程用电负荷为3 0 0 w h ，每天运行1 6 h ，电费 为0 7 5 元d ，处理成本为o 1 5 元m 3 【2 1 l 。 3 ) 工艺优缺点 优点：微生物量大，处理效率高；污泥龄长，在转盘上能附着繁殖世代时间 长的微生物，如硝化菌等；生物相分级，有利于微生物的生长和机物的降解；适 应性较好；无需污泥回流，不需要调节生物污泥量，没有发生污泥膨胀，不产生 滤池蝇，不存在二次污染的现象；多级生物转盘流态应视为“完全混合一推流 来考虑【2 1 1 。 缺点：出水c o d 较高，除磷效果不明显。 ( 5 ) 跌水接触氧化池 1 ) 净化原理 生物接触氧化处理技术的实质是在池内充填填料，已经充氧的污水浸没全部 填料，并以定的流速流经填料。在填料上布满生物膜，污水与生物膜广泛接触， 在生物膜上微生物的新陈代谢功能的作用下，污水中有机污染物得到去除，污水 武汉理 大学硕七论文 得到净化，因此，生物接触氧化技术又称为“淹没式生物滤池 1 1 7 】。跌水接触 氧化池也是接触氧化技术的一种，只不过其充氧方式采用跌水充氧。 2 ) 工艺概述 东南大学在宜兴大浦示范区林庄建设了试验工程。工艺采用厌氧跌水充氧 接触氧化人工湿地组合工艺，对c o d 和t n 的平均去除率分别可达8 1 和8 3 ； 对t p 的平均去除率在进水t p i 5m g l 时达8 2 ，在进水t p 1 0 ) ， n 0 3 n 去除率接近1 0 0 ，这表明湿地内反硝化充分，与此同时，进出水c o d 较为接近，表明树皮填料已流出足量的c o d 。在后续的3 个周期中，逐步提高 原水n 0 3 - n 浓度并降低其c o d 浓度，直至周期4 进水n 0 3 - n 提高至5 0 m g l 左右，进水c o d 值降低为0 ，出水硝念氮稳定在3 1 o 一3 3 2m g l ，去除率稳定在 3 3 6 4 1 4 。结果表明，人工湿地中反硝化菌数量已经稳定并且能够有效地利用 纤维素分解菌的产物进行反硝化，已经达到微生物培养、驯化的目的，证明以树 皮作为脱氮碳源是可行的。 j 壶 e 腻 怕 普 一 a e 古 o o 2 0 0 1 8 0 高甲丫甲甲。i - 42 = 兽o 0 昌莴高 厶甘叫叫甘占占占占占占占喜占 日期 图3 5 人工湿地驯化期进出水水质变化图 f i 9 3 5v a r i a t i o no ft h ei n f l o wa n do u t l e ti nw e t l a n dd u r i n gs t a g eo fs t a r t u p 3 3 小结 本章利用污水厂回流污泥作为接种污泥，对沙树树皮进行挂膜，后通过对微 生物逐步驯化，人工湿地系统逐步到达稳定，观察进出水硝酸盐变化，验证以纤 冰、糌篮求 m d 内m d d力刀力， 堋 刀柏 似 约 幻o 武汉理t 大学硕七论文 维素分解产物作为反硝化碳源是否可行，试验结论如下： 经过一个周的挂膜期，树