复合垂直流人工湿地处理污水厂二级尾水的试验研究

复合垂直流人工湿地处理污水厂二级尾水的试验研究

近年来，随着城市化进程的加快和生活水平的提高，生活污水排放逐年增加。生活污水已成为重要的污染。大量生活污水处理后未达到标准的废水排放降低了水环境的质量。同时,污水排放标准不断提高,如太湖流域2008年1月1日后建设的城镇污水处理厂的排放标准需从GB18918—2002的一级B标准升级为一级A标准。因此加强对污水厂尾水深度处理的研究具有现实意义。污水厂尾水主要是指污水厂的二级处理出水。目前对污水厂出水常采用生物/化学法的三级处理工艺,虽可去除部分氮和磷,但存在投资和运行费用高、净化效果不太理想的问题。而人工湿地技术具有投资和运行费用低、出水水质好、运行维护方便等优点,已被广泛应用于城市污水、工业废水和景观水体的净化中。为此,笔者选用垂直上行流与垂直下行流复合人工湿地系统处理模拟污水厂二级出水,考察了对污染物的去除效果,以期为开发生活污水深度处理技术提供依据。1材料和方法1.1排污湿地植物的选择人工湿地的长、宽、深分别为3、1.3、1m,由上行湿地和下行湿地两个单元组成,其长度均为1.5m。湿地基质由不同粒径、不同厚度的砾石构成,从下到上各层的厚度分别为25(粒径为5cm)、25(粒径为3~4cm)、15(粒径为1~3cm)cm,最上层铺10cm厚营养土。湿地植物的选择必须遵循耐污能力强、去污效果好、适合当地环境、根系发达、抗病虫害能力强、具备美观和经济价值等原则。为此,上行湿地主要种植菖蒲和空心莲子草,下行湿地主要种植空心菜和慈姑。1.2试验水质试验用水由化粪池出水和自来水配制而成,其水质见表1。1.3集水池上水口引水管理用潜污泵将污水经管道提升至配水池,再用引水管引入沉淀池进行简单的预处理,沉淀池出水溢流进入上行湿地,通过PVC穿孔管在垂直流上行湿地底部和下行湿地表面均匀布水,经过处理后汇入集水池,集水池一侧有3个不同高度的出水口,以控制人工湿地的水位。向人工湿地注满污水(约3周)以培养微生物,然后连续进水,待出水水质稳定后开始试验。开始试验后改为间歇进水(进水12h、排空12h),并在上行湿地和下行湿地的进、出水口收集水样,采样频率为2次/周。通过阀门控制进水量,水力负荷约为0.32m3/(m2·d),水力停留时间为3d。监测时间为2009年9月—11月。11月底对空心菜进行收割。工艺流程见图1。1.4分析NH4+-N、TN、TP:Skalar湿化学流动分析仪;COD:重铬酸钾法;浊度:HACH2100P浊度仪。2结果与讨论2.1悬浮物的截留效果测定显示,虽然人工湿地进水的浊度变化较大,但出水浊度在12d后达到稳定(4~5NTU),平均去除率为65.47%,说明对悬浮物(SS)的截留效果较好。SS的去除主要依靠填料、植物的根系和茎、腐殖层的过滤和阻截作用,去除率的高低取决于污水与植物及填料的接触程度。40d后植物生长成熟,对浊度的去除率达到了80%,这主要是因为系统内已形成稳定的生物膜,同时植物根系的发育及根际环境的形成也有助于对悬浮物的截留。2.2人工湿地对cod的去除COD是反映水体中还原物质污染程度的综合性指标,常用来指示水体中有机物的含量。人工湿地对有机物的去除主要通过微生物的吸附降解、植物吸收及填料吸附。通过湿地的沉淀、过滤作用,污水中的不溶性有机物可以很快地被截留并为微生物所利用,而可溶性有机物则可通过植物根系生物膜的吸附、吸收及生物代谢过程被去除。在试验前期人工湿地对COD的去除率不稳定,32d后出水COD维持在35mg/L左右,优于GB18918—2002的一级A标准,平均去除率也稳定在55%左右。在试验初期,出水COD浓度的不稳定主要与进水浓度波动较大有关,随着湿地植物的生长和湿地内部微生物的不断成熟,对有机物的去除率逐渐趋向稳定试验期间湿地对COD的平均去除率为46.87%笔者分析了部分以砾石为基质的潜流湿地和复合垂直流人工湿地的除污效果[6~12],发现本系统对COD的去除率相对较低。唐娜等的研究表明,对COD的去除率与进水SS浓度之间存在显著正相关。而试验进水悬浮物浓度较低,颗粒物吸附的有机物较少,故去除率较低。2.3+-n浓度人工湿地脱氮的途径主要包括水生植物的吸收、微生物的硝化和反硝化作用、基质的吸附和离子交换作用。其中,湿地植物的吸收和基质吸附的氮量有限,微生物的硝化和反硝化作用才是去除氮的主要途径。湿地系统对TN、NH4+-N的去除效果分别如图2、3所示。湿地出水TN浓度优于GB18918—2002的一级A标准,NH4+-N浓度优于一级B标准。人工湿地对TN的去除效果不稳定,去除率在40.32%~78.67%变化,平均为52.88%;对NH4+-N的去除率先升高再逐渐稳定,但变化幅度不大,平均去除率为50.06%。试验初期对TN的去除率下降,而对NH4+-N的去除率升高,这是因为大气复氧、植物根系输氧和间歇式进水等使得湿地表层形成了好氧环境,湿地内的硝化作用较强,而初期又缺少足够的碳源积累,所以反硝化作用较弱,对TN的去除率低。20d后,随着湿地内植物枯枝落叶及基质内部吸附的有机物的积累,反硝化作用加强,人工湿地对TN的去除率逐渐升高。通过比较发现,本系统对TN的平均去除率高于其他以砾石为基质的潜流湿地,这与余志敏等人的研究结果一致。在污染负荷、面积、湿地深度与本试验相近的情况下,栾晓丽等人设计的湿地对TN、NH4+-N的去除率分别为38.81%、50.17%,低于本系统,这说明本湿地具有较好的脱氮效果。陈世朋等采用以沸石为基质的人工湿地系统处理生活污水,对TN的去除率高达96.70%,主要是因为沸石具有很强的离子交换能力。2.4tp的去除效果人工湿地对磷的去除主要取决于植物吸收、基质吸附和微生物转化三者的共同作用,其中基质除磷占主导地位。测定显示,出水TP为0.13~1.03mg/L,去除率为51.76%~85.85%,平均为70.06%。初期的出水TP浓度波动较大且较高,24d后出水TP浓度趋于稳定且保持在较低值,达到了一级A标准,去除率稳定在80%左右。经比较,本湿地对TP的去除率比潜流湿地高,但较运行条件相似的其他复合垂直流湿地的要低,这主要是因为基质成分的差异所致。部分湿地的基质含有炉渣和石灰石,它们对磷都有较强的吸附能力。3污染物的去除效果采用复合垂直流人工湿地处理模拟污水厂尾水,在负荷为0.32m3/(m2·d)、水力停留时间为3d的条件下,对