氧化塘可有效沉降污水中懸浮物,人工濕地能較好去除氮、磷等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)。改造河邊閑置地與洼塘成氧化塘與人工濕地處理污染河水,是一種較為經(jīng)濟(jì)可靠的污染河水處理法。新運(yùn)糧河是昆明主城區(qū)盤(pán)龍江以西主要的排洪和排污并最終注入滇池草海的河流,隨著沿河截污工程的完成,河道水質(zhì)明顯改善,通常處于低污染狀態(tài)(CODCr<80mg/L)。
為進(jìn)一步改善景觀環(huán)境和削減入湖污染負(fù)荷,開(kāi)展了氧化塘-浮石床潛流人工濕地復(fù)合系統(tǒng)處理城市暖季與寒季低污染河水的研究。該工藝簡(jiǎn)化了流程、占地面積較小,以期為我國(guó)污染河水處理提供可參考的技術(shù)方法。
一、材料與方法
河水處理 1、試驗(yàn)裝置
圖1氧化塘-人工濕地工藝流程
塘和濕地的有效容積分別為3m3和1m3,濕地填料為云南天然浮石。氧化塘內(nèi)種植的挺水植物為風(fēng)車草、蘆葦、黃花美人蕉和菖蒲,濕地種植的植物有風(fēng)車草和黃花美人蕉,皆為當(dāng)?shù)厣L(zhǎng)的濕地景觀植物。塘內(nèi)水面生長(zhǎng)的浮萍,須定期打撈以確保其只覆蓋塘內(nèi)約80%的水面。塘前端掛彈性立體填料以供菌藻共生體附著生長(zhǎng),后端種植挺水景觀植物。
2010年4月下旬到6月下旬、2010年12月下旬到2011年2月底分別進(jìn)行暖季與寒季系統(tǒng)低污染河水處理的實(shí)驗(yàn),平均水溫分別為21℃與11℃。系統(tǒng)以連續(xù)進(jìn)水連續(xù)出水的工況運(yùn)行。污水由水泵提升至高位水池,通過(guò)溢流控制水位,水池出水進(jìn)入塘前端,塘出水經(jīng)濕地凈化后排入下游河道。設(shè)定系統(tǒng)流量分別為35、45、55L/h,此時(shí)塘的水力停留時(shí)間(HRT)分別為3.5、2.7、2.2d,水力負(fù)荷(HLR)分別為0.17、0.22、0.27m3/(m2•d),濕地的HRT分別為1.2、1.0、0.8d,HLR分別為0.29、0.37、0.45m3/(m2•d)。
系統(tǒng)以河道污水帶入的微生物進(jìn)行自然馴化并于一個(gè)多月后成功啟動(dòng)并開(kāi)始實(shí)驗(yàn)。
河水處理 1.2原水水質(zhì)及分析方法
原水采自新運(yùn)糧河近河口區(qū)域,實(shí)驗(yàn)期間河水水質(zhì):CODCr為35~86mg/L,NH4+-N為5.8~14.6mg/L,TN為8.8~17.9mg/L,TP為0.7~1.7mg/L。監(jiān)測(cè)指標(biāo)主要有CODCr、TN、NH4+-N、NO3--N、TP,均采用常規(guī)標(biāo)準(zhǔn)方法進(jìn)行分析。
二、結(jié)果與討論
1、暖機(jī)低污染河水處理
暖季光照強(qiáng)烈,隨污水入塘的浮萍在塘水面快速生長(zhǎng),過(guò)多的浮萍將被定期打撈并灑進(jìn)附近魚(yú)塘喂魚(yú);水藻(水綿)纏繞著彈性填料繁衍并逐漸布滿整個(gè)立體填料區(qū),為生物膜的生長(zhǎng)提供了載體,也能更有效地?cái)r截進(jìn)水中的懸浮顆粒物。塘中的各種挺水植物均生長(zhǎng)旺盛,有較多新的分蘗。顯微鏡觀察發(fā)現(xiàn)塘內(nèi)生物相較為復(fù)雜,有輪蟲(chóng)、鐘蟲(chóng)及小螺等。
塘-濕地系統(tǒng)對(duì)暖季低污染河水處理效果見(jiàn)表1。由表1可知,流量為35~55L/h時(shí),系統(tǒng)對(duì)除硝氮外的其他污染物的去除率都隨流量的加大而有所降低,而硝氮?jiǎng)t相反,這是因?yàn)榱髁考哟髸r(shí),單位時(shí)間進(jìn)入系統(tǒng)的有機(jī)物就增加了,有利于緩解反硝化時(shí)所需的系統(tǒng)碳源不足的狀況。塘和濕地對(duì)污染物的去除大體上也遵循該規(guī)律。3種流量下經(jīng)塘處理后,硝氮?jiǎng)t平均都增加了兩倍多,體現(xiàn)了較好的硝化作用,而濕地則均有近60%的去除率,體現(xiàn)了反硝化作用。整個(gè)系統(tǒng)在這3種流量下出水硝氮平均分別比進(jìn)水增加了26%~51%,說(shuō)明系統(tǒng)有較強(qiáng)硝化作用,而反硝化作用偏弱些。
3種流量下的濕地出水的CODCr、TP、氨氮、TN均達(dá)到了《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB18918-2002)的一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)。3種流量下的濕地出水的CODCr、氨氮均符合《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB3838-2002)中的Ⅲ類標(biāo)準(zhǔn)。濕地出水的TP在35L/h和45L/h這兩種流量下都能達(dá)到Ⅱ類標(biāo)準(zhǔn),而當(dāng)流量加大到55L/h時(shí)出水中TP卻只能達(dá)到Ⅲ類標(biāo)準(zhǔn)。因此,考慮到要兼顧提高出水水質(zhì)和加大污水處理量這兩方面,最終確定較優(yōu)的系統(tǒng)污水處理量為45L/h,即塘與濕地的水力負(fù)荷分別為0.22、0.37m3/(m2•d)時(shí)系統(tǒng)具有較高的處理效率。
2、寒季低污染河水處理
寒季光照亦較充足,但因氣溫較低,塘中浮萍生長(zhǎng)速率明顯放緩,整個(gè)寒季僅打撈過(guò)一次浮萍。塘中水綿、美人蕉和蘆葦以及濕地中美人蕉和風(fēng)車草仍能保持長(zhǎng)青但生長(zhǎng)緩慢至近乎停滯,而塘中菖蒲和風(fēng)車草卻出現(xiàn)枝葉逐漸枯死現(xiàn)象,第二年3月開(kāi)始,塘中菖蒲從地下莖冒出新芽,而風(fēng)車草沒(méi)能長(zhǎng)起來(lái),表明風(fēng)車草不宜種植在寒季保溫性能較差的氧化塘中。
塘-濕地系統(tǒng)對(duì)寒季低污染河水的處理效果見(jiàn)表2。由表2可知,流量為35~55L/h時(shí),寒季系統(tǒng)和暖季的規(guī)律一致,即對(duì)除硝氮外的其他污染物的去除率都隨流量的加大而有所降低,而硝氮?jiǎng)t相反。塘和濕地對(duì)污染物的去除亦同樣大體上遵循該規(guī)律。與暖季時(shí)類似,寒季在3種流量下塘同樣具有較好的硝化作用,濕地也同樣體現(xiàn)了一定的反硝化作用,而整個(gè)系統(tǒng)也是硝化作用明顯強(qiáng)于反硝化作用。
3種流量下濕地出水CODCr、TP、氨氮、TN均達(dá)一級(jí)A排放標(biāo)準(zhǔn)。濕地出水TP在35L/h和45L/h這兩種流量下都能達(dá)到Ⅱ類地表水標(biāo)準(zhǔn)。當(dāng)流量為35L/h時(shí)濕地出水的CODCr和氨氮都能分別達(dá)到Ⅲ類與Ⅴ類標(biāo)準(zhǔn),而當(dāng)流量加大到45L/h時(shí)出水中TP卻只能達(dá)到Ⅳ類,而氨氮?jiǎng)t屬劣Ⅴ類了。因此,較優(yōu)的系統(tǒng)污水處理量為35L/h,即塘與濕地的水力負(fù)荷分別為0.17、0.29m3/(m2•d)時(shí)系統(tǒng)具有較優(yōu)的處理效果。
表1復(fù)合系統(tǒng)寒季低污染河水處理的運(yùn)行效果L/h,mg/L,%
表2復(fù)合系統(tǒng)處理暖季低污染河水的運(yùn)行效果L/h,mg/L,%
3、暖寒季低污染河水處理效果比較
暖季與寒季低污染河水水質(zhì)較接近,但在系統(tǒng)中其污染物去除過(guò)程和去除效率存在一定差異。比較表1與表2可知,低溫下各污染物去除率較暖季時(shí)均有不同程度下降,其中TP的去除受氣溫影響最小,系統(tǒng)去除率平均下降了4%,其次是COD,系統(tǒng)去除率平均下降了11%,受影響最大的是各態(tài)氮的去除,系統(tǒng)對(duì)氨氮與總氮去除率均下降了約17%,而硝氮增幅則小于暖季。暖季與寒季系統(tǒng)對(duì)磷的去除無(wú)明顯差異,說(shuō)明系統(tǒng)對(duì)磷的去除主要靠濕地填料的吸附實(shí)現(xiàn)。雖低溫下微生物尤其是硝化菌和反硝化菌的活性均會(huì)受到一定抑制,但系統(tǒng)仍具一定的硝化和反硝化作用,出水仍能穩(wěn)定達(dá)到一級(jí)A排放標(biāo)準(zhǔn),這主要是因?yàn)楫?dāng)?shù)毓庹粘渥,潛流濕地又具一定保溫性能,從而維持了微生物部分活性。潛流濕地在暖寒季均具有較好硝化與反硝化脫氮能力,說(shuō)明在植物根區(qū)均形成了較好的好氧厭氧交替環(huán)境。
暖季塘中快速生長(zhǎng)的水藻和浮萍除自身能同化部分污染物,還是微生物附著生長(zhǎng)的載體。浮萍因能遮蔽大部塘面而對(duì)反硝化反應(yīng)有一定促進(jìn)作用。寒季系統(tǒng)中植物生長(zhǎng)明顯放緩,塘中菖蒲和風(fēng)車草還出現(xiàn)枯死現(xiàn)象,從而一定程度上削弱了系統(tǒng)凈化能力。具體參見(jiàn)http://www.yiban123.com更多相關(guān)技術(shù)文檔。
4、污染物去除速率常數(shù)
該連續(xù)進(jìn)出水氧化塘-人工濕地系統(tǒng)內(nèi)污水呈推流式流動(dòng),其對(duì)污水中CODCr、TP、NH4+-N與TN的去除速率常數(shù)K可由一級(jí)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)方程(1)得到:Cout=Cine-KA/Q(1)
式中:Cin與Cout分別為進(jìn)水和出水污染物濃度,mg/L;A為系統(tǒng)表面積,m2;Q為日流量,m3/d;K為去除速率常數(shù),m/d。塘與濕地較優(yōu)的水力負(fù)荷在暖季時(shí)分別為0.22、0.37m3/(m2•d),寒季時(shí)分別為0.17、0.29m3/(m2•d)。在這一較優(yōu)水力負(fù)荷條件下,塘-濕地復(fù)合系統(tǒng)對(duì)CODCr、TP、NH4+-N和TN的去除速率常數(shù)K見(jiàn)表3。
表3對(duì)低污染河水中污染物的去除速率常數(shù)m/d
注:塘與濕地水力負(fù)荷暖季時(shí)分別為0.22、0.37m/d,寒季時(shí)為0.17、0.29m/d。
由表3可知,盡管寒季較優(yōu)的水力負(fù)荷較暖季的低,但系統(tǒng)在寒季對(duì)低污染河水的污染物的去除速率仍明顯低于暖季,可見(jiàn)氣溫對(duì)系統(tǒng)去除污染物速率有顯著影響。暖季時(shí)植物生長(zhǎng)較為旺盛,微生物活性較高,有利于系統(tǒng)對(duì)污染物的去除。
三、結(jié)語(yǔ)
通過(guò)對(duì)低污染河水處理,表明氧化塘-水平潛流人工濕地復(fù)合系統(tǒng)能通過(guò)小幅調(diào)節(jié)流量來(lái)有效凈化暖季與寒季低污染河水。塘與濕地的水力負(fù)荷分別為0.22、0.37m3/(m2•d)時(shí)系統(tǒng)對(duì)暖季低污染河水具有較高的處理效率,對(duì)河水中各污染物的平均去除率分別為CODCr75%、TP93%、TN64%、NH4+-N87%。塘與濕地的水力負(fù)荷分別為0.17、0.29m3/(m2•d)時(shí)系統(tǒng)對(duì)寒季低污染河水具有較優(yōu)的處理效果:對(duì)各污染物的平均去除率分別為CODCr72%、TP89%、TN53%、NH4+-N73%。處理暖季與寒季低污染河水的系統(tǒng)出水均達(dá)《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB18918-2002)的一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn),可作為一般回用水使用。系統(tǒng)在寒季對(duì)低污染河水處理中污染物的去除速率明顯低于暖季。