人工湿地_塘组合处理村镇严重污染河水效果_王全金_W

1、网络出版时间：2014-02-26 12:46网络出版地址：/kcms/detail/33.1127.P.20140226.1246.052.html第 40 卷 第 2 期2014 年 2 月 Vol.40 No.2 Feb.,201479王全金，李 丽，邹国林，宋嘉俊，朱 平 （华东交通大学土木建筑学院，江西 南昌 330013） 构建潜流人工湿地 - 塘组合中试系统，探讨系统对村镇严重污染河水中氮磷等污染物的处理效果。采用实验模拟的方法，获得不同水力停留时间 HRT 及不同塘水深条件下系统对氮磷净化效果的数据，并进行分析。结果表明，组合系统 HRT 对

2、COD、TN、NH3-N 的影响显著，随 HRT 的增大去除效果明显提高。对 TP 的影响呈现先提高后降低且总体变化不大的现象，除磷的最佳区间是 HRT 2.5 3.0 d。当 HRT2.1 d，COD、TN、NH3-N 和 TP 的去除率大于 54.0%、 57.8%、67.7%和 80.6%，出水COD 优于 类水体标准，TN、NH3-N 均优于城镇污水处理厂污染物排放标准一级 A 标准，TP 优于 类水体标准。COD、TN、NH3-N 和 TP 的去除率随塘水深变化不大，均出现一个先高后低的现象，当塘水深为 0.5 m 时，去除率最高，COD、TN、NH3-N 和 TP 的去除率分别达到

3、 48.9%、55.3%、63.7%和 83.9%，出水水质最好，分别为 20.49、9.51、4.59、0.19 mg/L，COD 优于 类水体标准 ，TN、NH3-N 优于一级 A 标准， TP 优于 类水体标准。 湿地- 塘组合系统；水力停留时间；塘深；严重污染河水 X522A1000-3770(2014)02-0079-004当前，我国广大农村河道污染现象日益严重，由此 带来的农业水污染问题逐渐显现并呈恶化趋势1-3， 治理村镇污染河道河水迫在眉睫。江西是个农业大省， 受鄱阳湖区域农业水污染影响，鄱阳湖水体正向富营养 化趋势发展4-5。村镇河道污染河水主要包括农田排水、灌溉余水、村落污

4、水、畜禽养殖污水和雨水等，污水中生植物人工湿地，尤其是脱氮除磷效果好9-11。本研 究 以农村严重污染河水为研究对象，采用潜流人工湿 地 - 植物塘组合工艺进行污染河水脱氮除磷处理， 考察水力停留时间和塘水深对系统处理效果的影 响，为农村严重污染河水污染控制和治理提供参 考。 含有大量有机物、氮、磷、有害物质，造成受纳水 体的污染涉及范围广，发生机制复杂，治理难度大。 人工湿地作为废水处理的一种设施，可有效去除废水中的各种污染物质。大量研究成果表明，人工湿地在处理农村污水方面具有很明显和独特的优势和潜力6-8，它为处理农村污水中的有机物、氮、磷和农药等提供了一种新的选择。人工湿地系统和塘系统都

5、是典型的污水生态处理系统，将两者结合起来，可充分发挥各种水生植物、各种构造生态处理设施各自的优势，并实现优势互补，强化利用生物净化能力，对污染物的去除效果明显好于单一水 众多研究表明，潜流人工湿地对污水的处理效果明显高于表面流型湿地，故本系统采用潜流人工湿地，尺寸为 5 m伊1.0 m伊0.8 m，设计水深 0.5 m，坡度为 2%，污水沿水平方向流经湿地床，处理后的废水通过穿孔管均匀排出，床体填料为粒径 3 5 mm 的砾石。 水生植物塘能够快速分解和吸收水中的氮、磷等营养物质, 水生植物塘对磷和有机物一级降解速率比一般菌藻共生塘平均高出 2 倍以上12，在潜 收稿日期：2013-07-22

6、基金项目：国家自然科学基金（51169006）；江西省自然科学基金（2010GZC0021）；教育厅科技项目（GJJ12313）作 者简介：王全金（1956 ），女，教授，硕士生导师，研究方向为水污染治理与控制；电子邮件：114531447880第 40 卷 第 2 期流人工湿地后置水生植物塘，可提高系统脱氮除磷能力。本设计人工湿地后置水生植物塘尺寸为 5.0 m伊2.0 m伊1.0 m，坡度为 0.2% ，污水沿水平方向流出。 系统中，潜流人工湿地选用挺水植物芦竹。研究表明，芦竹有很好的除污能力，尤其是对氮磷的去除能力均显著高于其他水生植物 13-14，塘中种植大聚藻，该植物具有

7、较强的除污能力，且具有一定的耐寒特征，在我国南方地区冬季低温条件下能生长15，有利 于系统冬季保持除污效果。 潜流人工湿地 - 植物塘中试系统建在江西南昌北双港村附近。测试前先运行 3 个月，让植物生长，处理床挂膜。系统调试稳定后开始进行实验。实验时间 为2012 年 7 月 9 月。水力停留时间对污染物去除效果的影响实验，塘水深采用 0.5 m，塘深对去除率及 出水水质的影响实验采用水力停留时间为 2.5 d。 实验进水水质采用南昌某村镇排严重污染河 水，主要污染物指标 COD 平均为 45.26 mg/L、TN、NH3-N、TP 平均质量浓度为 23.47、16.14、1.15 mg/L，

8、 pH=6.9 7.8。 COD：微波快速密闭消解法；TN：过硫酸钾氧化一HRT影响较大。 由图 1 可知，COD 去除率随着 HRT 增大而显著提高。HRT 为 1.8 d 时，系统对 COD 的去除率达54.0% ，HRT 为 5 d 时， 系统对 COD 的去除率达 77.7%，在进水 COD 较低的情况下此去除率属较高， 该去除率高于同类文献 11，16，表明适当增大系统 HRT 有助于提高 COD 去除效率。系统 COD 出水水质好，COD 出水水质随水力停留时间 HRT 的增大呈现下降趋势，HRT3.0 d，出水优于 类水体标准 （15 mg/L）。 COD 是反映有机物污染的较为

9、常见的指标，因此，可以说明有机物的去除与水力停留时间有着密 切联系。污水中有机物去除机理17包括沉淀、拦截以 及吸附、吸收、代谢作用，污水中可溶有机物通过湿地填料和植物根系的沉淀和拦截作用快速去除，而不 溶性有机物的去除主要是靠系统中附着在植物茎杆 叶和填料生长的微生物以及植物吸附、吸收、代谢， 这需要有充足的时间。本组合系统中的潜流湿地对不溶性有机物有很好的拦截作用，后置的沉水植物塘紫外分光光度法；TP：钼酸铵分光光度法；NH3-N：钠 氏试剂分光光度法，数据采用 Origin8.0 软件进行分析。 对溶解性有机物也有很好的拦截作用，由于塘的溶解氧含量较高，在适当的时间内，对拦截下来的不溶性

10、有机物和可溶性的有机物均有很好的分解作用， 故可取得很好的处理效果。 中试系统运行对 COD 的去除效果如图 1 所示。进水COD 平均为 45.26 mg/L，最高值为 57.12 mg/L，最低值为 37.60 mg/L，进水 COD 较低。系统COD 去除效果好，COD 去除效率受水力停留时间 6080COD/(mgL-1)5070去除率/%40 原水 出水 去除率306020501004012345HRT/d图 1 水力停留时间对出水COD 及去除率的影响Fig.1 Hydraulic retention time on effluent of COD and removal rate

11、 系统运行对氮的去除效果如图 2 所示。进水TN 和 NH3-N 平均质量浓度分别为 23.47 和 16.14 mg/L，最高值为 26.29 和 18.09 mg/L，最低值为 20.5 和 12.53 mg/L。系统对 TN 和 NH3-N 去除效果较好， 去除效率受水力停留时间 HRT 影响较大。 TN去除率 NH3 -N去除率 /( mg L-1 ) TN原水 出水 NH 3-N原水出水 30902580/(mgL-1)去除率/%207015601055004012345HRT/d图 2 水力停留时间对出水氮去除率的影响Fig.2 Hydraulic retention time o

12、n effluent of nitrogen removal rate王全金等，人工湿地 塘组合处理村镇严重污染河水效果81从图 2 中可以看出，TN 和 NH3-N 去除率随 HRT 增大而显著提高。HRT 为 2.1 d 时，组合系统对TN 和 NH3-N 的去除率达 54.7%和 67.7% ，HRT为 5.0 d 时，系统对 TN 和 NH3-N 的去除率达 82.7%和75.9%。有研究表明，潜流人工湿地往往因溶解氧供给不足而导致氮去除率较低18-19，本组合系统对 TN 和 NH3-N 的去除率较单一的潜流湿地高，其主要原因是系统后置塘的作用。由于大气复氧以及沉水植物向水中输送氧作

13、用，在塘的上部区域处于良好的好氧状态，被吸附的氨态氮利用水中的氧在硝化细菌的作用下发生充分的硝化反应，同时生态塘底部处于厌氧还原状态，反硝化细菌利用有机物作为氢供体进行反硝化作用而脱氮，生物硝化和生物反硝化作用共同发挥作用，从而达到良好的除氮效果。显然潜流人工湿地加塘的组合有利于氮的去除率的提高，污水在系统中停留时间越长，生物硝化和生物反硝化作用越充分，除氮效果越好。 HRT 为 1.9 d 时，出水 TN 和 NH3-N 质量浓度为 9.49 和 4.56 mg/L，均优于城镇污水处理厂污染物排放标准（GB 18918 2002）一级 A 标准（15 和5 mg/L），出水水质较好，但出水水

14、质尚不够理想，未 能达到地表水水体质量标准。主要受限于原水中COD较低，而氮含量较高，即原水 C/N（本实验原水C/N=2）除效果并不是随着水力停留时间增大而增大，而是存在一个最佳区间。 系统 TP 的去除率与 HRT 有一定的关系。HRT 为 1.2 1.9 d 时，随 HRT 增大，TP 的去除率显著提高， 当 HRT 为 3.0 d 时，TP 的去除率达到最大86.8%；随 HRT 增大，去除率增加变化相对平缓甚至下降，系统除磷的最佳区间是 HRT 为 2.5 3.0 d。这种先提高后降低且总体变化不大的现象和其他学者的关于人工湿地除磷的研究结果一致22-23。这主要是， 一方面水力停留

15、时间长，污水与湿地 - 塘系统接触时间越长，越有利于系统对磷的有效吸附和沉淀， 而另一方面，停留时间长也会使系统厌氧区增大，不利于磷细 菌的代谢活动，使系统除磷效率受到影响。系统对 TP均可以达到很好的去除效果，出水水质均优于地表 类水标准（0.4 mg/L）。HRT 为 1.9 2.1 d 时，出水 TP 质量浓度为 0.15 0.19 mg/L，优于 类水体标准（0.2 mg/L）。潜流湿地和塘组合系统除磷规律与人工湿地除磷相似，但其除磷效果更好， 这可能是塘中溶解氧含量高于湿地，有利于磷细菌的代谢活动，提高了除磷效果。 在不同水深下， COD、TN、NH3-N、TP的出水水质和去除率变化

16、如图 4 和图 5 所示。从图 4 和图 5 中可以看出，COD、TN、NH3-N、TP的去除率随水深 较低，有机碳源相对低。一般来说，人工湿地及塘中最主要的除氮机制仍然是微生的物硝化和反硝化作用，而可利用碳源的缺乏往往是脱氮过程中的限制性步骤20。有机碳源是反硝化反应的主要电子供体，低碳氮比会造成系统中有机碳源的缺乏，反硝化菌活性受到抑制，286027 出水COD55COD/(mgL-1)26去除率 去除率/%255024452340微生物反硝化能力降低，从而影响系统的脱氮效果21。22 系统运行对 TP 的去除效果见图 3，进水 TP 的质量浓度平均为 1.15 mg/L，最高值为 1.3

17、2 mg/L，最低值为 0.89 mg/L，系统对 TP 去除效果好，TP 的去 21352030 1.0水深/m图 4 塘深对出水COD 及去除率的影响Fig.4 Depth of ponds on COD effluent of quality and removal rate1.4(TP)/(mgL-1)1.21.00.8309090852580去除率/%/(mgL-1)去除率/%708020出水去除率 TNTN原水750.6 出水 去除率7015 NH3-N NH3-N60 TPTP100.40.2 650.06012345HRT/d5500400.

18、水深/m图 3 水力停留时间对出水TP 及去除率的影响Fig.3 Hydraulic retention time on effluent of TP and removal rate图 5 塘深对出水水质及去除率的影响Fig.5 Depth of ponds on effluent quality and removal rate82第 40 卷 第 2 期变化不大，均出现一个先高后低的现象，当塘水深为 0.5 m 时，去除率最高，COD、TN、NH3-N、TP的去除率分别达到 48.9%、55.3%、63.7%、83.9%，出水水质最好，COD 为20

19、.49 mg/L，TN、NH3-N、TP 质量浓度分别为 9.51、4.59、0.19 mg/L，COD 优于 类水体标准 （30 mg/L），TN、NH 3 -N 优于一级 A 标准 （15、8 mg/L），TP 优 于 类 水 体 标 准（0.2 mg/L）。主要原因是水中的溶解氧 DO 会随着水深增加而减少，DO 减少，会降低好氧细菌的活性，影响对 COD 的处理效果；DO 减少，硝化反应受到抑制，影响脱氮效果；DO 减少，磷细菌的代谢活动受到抑制，除磷效果差。 系统 HRT 对 COD、TN、NH3-N 的影响较大，其去除率均随着 HRT 增大而显著提高；TP 的去除率与 HRT 有一

20、定的关系，呈现先提高后降低且总体变化不大的现象，系统除磷的最佳区间是 HRT 2.5 3.0 d。 系统对COD、TP 的去除效果很好。HRT2.1 d， COD 去除率大于 54.0%，出水优于 类水体标准， HRT2.5 d，去除率大于 62.1%，出水优于 类水体标准。TP 出水水质均优于地表 类水标准。HRT1.9 d 时出水 TN、NH3-N 均优于一级 A 标准。 COD、TN、NH3-N、TP 的去除率随水深变化不大，均出现一个先高后低的现象，当塘水深为 0.5 m 时，去除率最高，TN、NH3-N、TP 的去除率分别达到 48.9% 、55.3% 、63.7% 、83.9% ，

21、 出水水质最好，COD 为 20.49 mg/L，TN、NH3-N、TP 质量浓度分别为 9.51、4.59、0.19 mg/L，COD 优于 类水体标准，TN、NH3-N 优于一级 A 标准，TP 优于 类水体标准。 1 李远,王晓霞.我国农业面源污染的环境管理:背景及演变J.环境 保护,2005(4):23-27.2 陈勇,冯永忠,杨改河.农业非点源污染研究进展J.西北农林科技 大学学报:自然科学版,2010,38(8):173-178.3 Ting Zhang, Dong Xu, Feng He, et al. Application of constructed wetland for

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29、隙，因此泥粒间的透水性得到改善，使空隙中的水具有更好的流动性。因此，在相同作用力下，投加粉煤灰的污泥中的间隙水更容易释放，污泥的含水率得到降低9。 在单纯石灰软化过程中投加粉煤灰，能够进一步提高石灰软化工艺对钙硬度、总碱度、TDS、COD 等指标的去除效果，使出水水质达到一个较高标准。 投加粉煤灰后，粉煤灰能够与新生的碳酸钙晶体相互结合，形成较大颗粒粒径的基团，增加絮体比重，加快沉降速率，缩短沉降时间，在实际工程中能够减少澄清池的容积，降低基建投资。 投加粉煤灰能够改善污泥的脱水性能，有利于化学污泥的处理处置。 12 吴志勇.用石灰- 混凝处理法将中水作为电厂循环水的试验研究J.电力建设,20

30、07,28(5):65-683 国家环保局水和废水检测分析方法编委会.水和废水检测分 析方法M.北京:环境科学 ,1989,5:100-307.4 施燮均.火力发电厂水质净化M.北京:水利电力 ,1990,4: 21-111.5 周本省. 工业水处理技术M. 北京:化学工业,2011,4: 55-239.6 任伯帜,侯保林,杨艳玲.粉煤灰改善污泥脱水性能的试验研究J. 环境科学与技术,2010,33(12):184-187.7 师荣梅,宁平,赵健蓉,等.粉煤灰和硅藻土对昆明污水厂污泥的脱 水研究J.昆明理工大学学报:理工版,2008,33(5).65-68.8 R L 卡尼普, G L 卡尔普

31、. 城市污水高级处理M.俞浩鸣,译.北京:中国建筑工业,1975:56-107.9 梅特卡夫和埃迪公司.废水工程处理及回用M.秦裕珩,等,译.北 京: 化学工业,2004:381-384.Sun Jie, Cheng Lihua, Bi Xuejun, Liu Changqing渊School of Environmental and Municipal Engineering, Qingdao Technological University, Qingdao 266033, China冤 Aiming at the difficulty of sludge treatment in the

32、 lime softening process, a new technology using the hybrid system of fly ash and slaked lime was used to treat reclaimed water, as the industrial cooling water was studied. The effects of the addition of fly ash on effluent quality, sludge settling velocity, sludge dewatering property were investiga

33、ted in this paper. The results show that adding fly ash into the lime softening process not only improves treated water quality and sludge dewatering performance, but also accelerates the sludge floc settling velocity, improves, which was beneficial to the disposal of chemical sludge.the secondary e

34、ffluent of municipal wastewater; calcium hardness; alkalinity; slaked lime; flyash（上接第 82 页） Wang Quanjin, Li Li, Zou Guolin, Song Jiajun, Zhu Ping渊School of Civil Engineering, East China Jiaotong University, Nanchang 330013, China冤 Pilot-scale subsurface constructed wetlands-ponds composite system

35、was constructed to explore the effect on treatment of heavily polluted villages river water with nitrogen and phosphor. By means of experimental simulation, the purification effect date with different hydraulic retention time (HRT) and different depth of ponds were obtained and analyzed. The results show that HRT of the composite system has significant influence on removal effect of COD, TN and NH3-N. The removal effects increase with the HRT increases. Ho