摘要：采用三级串联人工湿地试验装置以及无芦苇的空白对照装置在户外自然条件下进行试验 ,分阶段考察该组合式人工湿地 系统对实际城市污水的深度处理效果。第一阶段为装置初运行阶段 ,采用较长的停留时间 ,该阶段装置对 COD 、TN 、NH3-N 、NO2- -N和TP 的去除率分别为 75 %、75 %、95 %、75 %和 50 % ,芦苇的存在使以上各指标相对于空白对照分别提高了 10 %、40 %、20 %、20 %和 50 % ;第二阶段采用较短的停留时间 ,该阶段装置对 COD 、TN 、NH3-N 、NO2- -N和 TP 的去除率分别为 85 %、75 %、100 %、70 %和 98 % ,芦苇的存在使以上各指标相对于空白对照分别提高了 10 %、20 %、35 %、25 %和 63 %。试验结果表明 ,该试验装置对城市污水具有较好的深度处理效果 ,能够有效降低水中的 N 和 P ,对改善水质、恢复生态系统和控制水体富营养化问题具有重要意义。
关键词：人工湿地 城市污水 深度处理 富营养化
Abstract : In this paper , both a three grades series con.structed wetland device and control device were investiga ted under nat ural conditions , and the dispo sal effect s of these device on the act ual urban sewage treat menthad beenst udied in p hases.The retention time of the first grade with early operate p hase , was very long. The COD , TN , ammonia , sub nitrogen and TP removal ability were 75 % ,75 % ,95 % , 75 % and 50 % respectively , which were 10 % ,40 % , 20 % , 20 % and 50 % higher compared with the blank con.trol device. Contrary to the first stage , the residence time of the secon.d stage were short , and the COD , TN , ammon.ia , sub nitrogen and TP removed at 85 % , 75 % ,100 % ,70 % and 98 % respectively. The existence of these plant s enhanced the removal effect by 10 % ,20 % ,35 % ,25 % and 63 % respectively.The result s claimed that the test device had good effect on urban sewage advanced treat ment , especially in reducing N , P content .The experimenthad great si gnificant in imp roving water quality , resto ring eco systems and control of water eutrop hication problem.
Keywords : Constructed wetland Urban sewage Advanced treatment Eutrop hication
人工湿地作为一种低投资、低能耗、低处理成本和具有 N 、P 去除功能的废水生态处理技术 ,已逐渐被世界各国所接受 ,目前已被广泛应用于处理生活污水、工业废水、矿山及石油开采废水、农业点源污染和面源污染以及水体富营养化等的治理。近年来 , 人工湿地技术在我国得到了应用与发展 , 为城市污水的处理和深度净化提供了新的思路与途径。本实验在传统人工湿地系统的基础上 , 通过组合的方法建立多级串联的人工湿地处理装置 , 以考察该组合工艺对城市污水的深度净化效果。
1 实验内容与方法
1.1 实验设计与流程
实验采用三级串联人工湿地系统在户外自然条件下进行小试 , 其中第一级采用上向流潜流形式 , 第二、 三级采用下向流表面流形式。同时建立无芦苇的对照单元 , 其体积为一级单元的 1/ 10 , 和一级单元进行对照 , 以考察芦苇对污水处理的影响。 工艺流程见图1 。
Fig.1 Work flow of constructed wetland reactor
图 1 人工湿地系统工艺流程.png)
(1) 各级湿地反应器均为长 1.0 m 宽 0.7 m ;池深度: 第一级为 1.5 m , 第二、三级均为 1.2 m ;各级有效水深 : 第一级为 1.3 m , 第二、 三级均为 1.0m 。各级湿地的深度大于一般湿地 , 以便在湿地下部形成厌氧区域 , 该区域具有预处理功能 ( 如沉淀、厌氧生物降解等) ,可以节省湿地系统的占地面积。
(2) 填料采用轻质陶粒滤料 ,可以避免土壤系统表面短流现象 ,同时可以增加表面积以有利于微生物代谢活动。植物采用大连地区常见的芦苇。对传统人工湿地系统实验装置作了结构上的改进:在进水和出水端的高低不同位置设置了进水口和出水口(见图 2) ,可以根据不同类型的水质通过改变进、出水的方式和水的流动方式来改变湿地的类型以达到较好的处理效果 ,可以有效节省投资。
1 .2 运行与管理
实验分两阶段运行:第一阶段从2015 年 5 月中旬至7月下旬 ,为装置初运行阶段 ,由于该阶段温度较低 ,故采用较长的停留时间 ,设计流量260 L / d ,表面负荷 372 mm/ d ,停留时间每级各 3 d ,总停留时间9 d ,对照单元设计流量 26 L / d ,停留时间约 3 d ; 第二阶段从 2015 年 7 月下旬开始 ,此时气温较高且装置内部环境较稳定 ,故采用较短的停留时间 ,设计流量 380 L / d ,表面负荷 543 mm/ d ,停留时间每级各2d ,总停留时间 6 d ,对照单元设计流量 38 L/ d ,停留时间约2 d。
1 .3 实验用水
实验用水采用大连某污水处理厂的二级出水,COD 为 30～60 mg/ L , TN 为 20～60 mg/ L ,NH3 -N 为 10～30 mg/ L ,NO2- -N为 0 .5～5 .0 mg/ L , TP 为1.1～5 mg/ L 。
图 2 实验装置结构示意图.png)
Fig.2 The struct ure scheme of experimental equip ment
1 .4 实验分析方法
在各阶段定期对三级串联人工湿地系统装置与
对照装置的进出水水质进行监测。
图3 第一阶段各单元 COD 总去除率曲线.png)
Fig.3 The COD removal efficiencies of all the grades in the first stage
2 实验结果与讨论
2 .1 第一阶段试验结果与分析
2 .1 .1 以COD 的去除效果为例
第一阶段进水 COD 为 27～51 mg/ L 。由图 3可以看出 ,开始时由于装置处于驯化阶段 , 因此对COD 的去除并不稳定;装置运行 40 d 左右的时候开始稳定 ,稳定后各级单元对 COD 的总去除率分别为45 % 、65 %和 75 %左右。各级单元总去除率之间的差值即为各单元单独作用的去除率 ,由此可得一级
单元 COD 的去除率( 45 %) 要高于二级单元( 20 %)和三级单元(10 %) ,原因是随着流程的前进 ,污水的COD 降低导致其去除率也降低。另外 ,在装置稳定后的三级出水 COD 在 10 mg/ L 左右 ,达到了中水 回用的标准。
2. 1. 2 以NH 3- N 的去除效果为例
第一阶段进 进水 NH 3- N 为 12 ～ 30 mg/ L 。由图 可以看出 , 开始阶段 NH 3- N 的去除并不稳定 , 装置运行大约 30 d 左右的时候开始稳定 , 稳定后各级单元对 NH 3- N 的总去除率分别为 60 % 、 85 % 和 95 % 左右。一级单元的 N H 3- N 的去除率 (60 %) 要高于二级单元 (25 %) 和三级单元 (10 %) , 三级出水的 NH 3 - N在 1 mg/ L 左右 , 达到了中水回用的标准。
图4 第一阶段各单元 NH3- N 总去除率曲线.png)
Fig.4 The ammonia removal efficiencies on the first stage
2. 2 第二阶段试验结果与分析
第二阶段2. 2. 1 以 COD 的去除效果为例
进水 COD 为 20 ～ 45 mg/ L 。由图可以看出 , 置运行 18 d 左右的时候开始稳定 , 稳定时间要第一阶段 , 因为此时装置内环境已相对成熟 , 适应能力较强。稳定后各级单元对 COD 的去除率分别为 45 % 、 65 % 和 85 % 左右 , 一级单元的 COD 去除率 (45 %) 要高于二级单元 (20 %) 和三单元 (20 %。另外 , 在该阶段装置稳定后三级出水的 COD 在 4 mg/ L 左右 , 要明显好于第一阶段(10 mg/ L ) 。
图5 第二阶段各单元 COD 总去除率曲线.png)
Fig. 5 The COD removal efficiencies of all the grades in the second stage
2. 2. 3 以 NH 3- N 的去除效果为例
第二阶段进水 NH 3- N 为 0. 5 ～ 1. 5 mg/ L 。由图可以看出 , 装置运行大约 20 d 左右的时候开始稳定 , 稳定后各级单元对 NH 3- N 的总去除率分别为85 % 、 90 % 和 100 % 左右。一级单元的 NH 3 - N 去除率 (85 %) 要高于二级单元 (5 %) 和三级单元 (10 %) ,该阶段在装置稳定后的三级出水中基本检测不出NH 3- N , 明显好于第一阶段 (1 mg/ L 左右 ) 。
2 .3 各阶段试验结果比较分析
第一阶段和第二阶段试验结果的总体差异表现在:第二阶段系统的稳定时间要短于第一阶段 ,因为此时系统内部环境已较成熟 ,适应能力较强;第一阶段的去除效果较不稳定 ,且出水带有臭味 ,而第二阶段出水较稳定,且不带有明显的臭味。本试验也考察了芦苇的存在对各指标去除效果的影响。可见第一阶段试验中相对于无芦苇系统(对照单元) ,有芦苇系统的一级单元的 COD 、TN 、NH3 -N、NO2-N 和 TP 的去除效果分别提高了 10 %、40 %、20 %、20 %和 50 %左右。第二阶段试验中相对于无芦苇系统(对照单元) ,有芦苇系统的一级单元COD 、TN 、NH3-N 、NO2 -N 和 TP 的去除效果分别提高10 %、20 %、35 %、25 %和 63 %左右。由此可得出 ,芦苇的存在增强了系统内部的净化能力 ,并能显著提高污染物的去除效果 ,因此芦苇是人工湿地系统中重要的组成部分。
图 6 第二阶段各单元 NH 3- N 总去除率曲线.png)
Fig. 6 The ammonia removal efficiencies of all the grades in the second stage
3 结论
(1)三级串联人工湿地系统对低浓度的污水有
着较好的净化效果 ,其出水可以达到中水回用的标
准。同时该装置具有较好的脱氮除磷效果 , 出水
TN 、TP 低 ,可有效防治“水体富营养化”。
(2)停留时间是人工湿地系统设计中的重要参数之一 ,选择适当的停留时间能提高污水的净化效果。
(3) TN 的去除需要较长的停留时间 , 这是因为 TN 的去除以生物反应为主; TP 的去除需要较
短的停留时间 ,因为 TP 以吸附去除为主 ,停留时间
长会造成解吸附现象 ,也会造成厌氧时间过长发生
聚磷菌的厌氧释磷现象。
(4) 芦苇是人工湿地中重要的组成部分 ,其对
污水的净化效果有很大影响。适当地选择植物将直
接影响到出水的水质。
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作者简介：
陈晓燕，女，1981年11月生，汉族，浙江湖州人，硕士研究生，2006年6月毕业于浙江大学，环境工程专业。 就职于杭州天川环保科技有限公司； 工程师，主要从事咨询及环保工程方面的研究。
论文作者:陈晓燕1,曾淼2
论文发表刊物:《基层建设》2016年13期
论文发表时间:2016/10/28
标签：湿地论文; 单元论文; 装置论文; 芦苇论文; 效果论文; 时间论文; 稳定论文; 《基层建设》2016年13期论文;