客服热线 400-600-6619
NEWS技术动态
您的位置:首页  >  技术动态
返回列表

生化生态组合人工湿地系统处理城镇污水处理厂尾水

来源: http://www.huiguo.net.cn/    发表日期:2015-08-05    浏览:5491

关键词:

随着新型工业化、信息化、城镇化和农业现代化道路的不断推进,我国乡镇和农村地区发展迅速,但环境问题也随之凸显出来。村镇地区人口众多,排污量大,同时,由于经济技术条件相对落后,绝大部分废 水未经处理就直接排放,进而导致了严重的水环境污染问题。据统计,2012年,全国废水排放总量684.8亿t,其中,城镇生活污水排放量462.7亿t,占废水排放总量的67.6%。由此可见,水环境形势依然严峻,水环境保护刻不容缓。

目前,我国村镇生活污水处理方式主要有集中式污水处理和分散式污水处理2种,但最常用的是分散式处理技术,主要包括土壤渗滤系统处理技术、人工湿地处理技术、稳定塘处理技术、小型集成化处理技术和净化沼气池处理技术。生态处理技术是我国污水治理必须走的道路,而人工湿地污水生态处理系统具有“去污保水,种草养鱼,促进水生态系统良性循环”的特性以及“三低一高”的处理特点,污水二级生化处理运行费用低,而且对于处理我国广大农村地区或城郊的污水来说,更加是一种十分适宜的处理技术,具有十分显著的社会、环境和经济效益。人工湿地就是利用湿地中的基质、植物和微生物之间的协同作用,通过一系列物理、化学和生物反应,达到净化污水的目的,同时通过营养物质和水分的生物地球化学循环,促进绿色植物生长,实现废水的资源化与无害化。此外,由于人工湿地处理技术运行成本低、维护简单,还可以根据实际需要选择组合工艺、多级人工湿地工艺、单级人工湿地工艺等多种类型,达到有效去除污染物的目的,它在运用于村镇地区污水治理方面具有巨大的潜力。组合人工湿地是将不同类型的人工湿地串联起来共同发挥作用的一种组合工艺,效果明显,运行稳定,对尾水中污染物的去除率较高。

生化生态组合人工湿地系统主体位于江阴市新桥镇工业园区(雷下村),主要收纳新桥工业园区工业废水和全镇生活废水,设计处理能力为20000 t/d, 出水排入张家港河。本文以生态生化组合人工湿地来开展研究工作,通过对尾水净化情况进行分析,得出化学需氧量(COD)、氨氮、总氮(TN)和总磷(TP) 的去除率及该工艺的净化效果,为评估污水处理厂尾水生态处理技术和管理的改进提供了数据支撑和理论基础,为以后湿地生态系统的推广和示范研究提供了直接的理论依据和实践经验。

1 材料与方法

1.1 研究区概况

研究区所在的新桥镇位于江阴市东南部,境内主 河道张家港河与华塘河、太清河、蔡泾互通,连接长江、太湖。生化生态组合人工湿地系统工程的一大特点就是充分利用当地特殊的地理环境,因地制宜的建 设人工湿地,既达到去除污水处理厂尾水中污染物的目的,又与当地生态环境相适宜,降低对周围居民生 活的影响。利用生物生态组合人工湿地处理工艺,以天然河道作为一个推流式生物反应器,通过对河道实 施水系贯通及生态修复等一系列工程和生物生态措施,开展尾水输移生态河道系统深度净化工程。首先,将两条河道通过开挖明渠的方式进行水系沟通,形成一个相对封闭的水系。然后,将污水处理厂的尾水引入该水系,采用生态修复为主、工程措施为辅的设计方法,对尾水进行深度处理。试验工艺流程如图1所示。



该工艺主要包括5大系统:活水循环系统、生物强化处理技术、生态河道缓冲带系统、人工造流生态塘系统和上游河道复氧抑藻系统。活水循环系统是将污水处理厂尾水就近导入叫化浜、雷下浜河道,利用现有明渠等水利通道形成一个循环流通的水系,并采取一定的生态修复措施和工程措施来加强水体自净能力,提高尾水水质。生物强化处理技术是通过设置新型接触氧化填料生物绳,使大量参与污染物净化的微生物生长在填料上,并形成黏液状的生物膜,提高净化效率。生态河道缓冲带是介于河道和河岸之间的生态过渡带,具有明显的边缘效应和维持生物多样性和生态平衡、保持地下水资源平衡以及调节区域碳、氮等元素的功能(见图2)。相比传统生态塘技术,人工造流生态塘中安装曝气造流设备,能在生态塘中营造庞大的循环水流,同时还能充氧,并在水流的流路上适当敷设环保填料浮岛滤床,可强化水体的自净作用,快速、高效、低耗能地降低水体中的氮、磷含量。上游河道复氧抑藻系统是在水体中设置生态浮岛,浮岛上的植物根系能够吸附和吸收水中的氮、磷等营养物质,还可以降低水体中C0D、TN、TP及重金属含量,此外,人工浮岛还具有美化环境的作用和观赏价值。


1.2 现场监测与样品分析

数据监测是在系统正常运行情况下,分别在进出水口设置若干监测点,每天早晚均进行采样,记录污染物进出水浓度,主要分析指标有COD、氨氮、TN、TP。其中,COD的测定采用重铬酸盐法,氨氮的测定采用纳氏试剂分光光度法,TN的测定采用碱性过硫酸钾-消解紫外分光光度法,TP的测定采用钼酸盐分光光度法。监测时间为2013年全年。

2 结果与分析

2.1 进出口水质年度变化规律

由表1及表2可知:经过生物生态组合人工湿地处理过的污水完全符合GB 18918—2002《城镇污水处理厂污染物排放标准》一级A标准。湿地的进水污染物浓度均低于设计值,在湿地的承受范围之内,对COD、氨氮、TN和TP具有较好的去除效果,去除率分别为29%、31%、18%和8%。由于进水预先经过污水处理厂处理,其污染物浓度已经大大降低,虽然污染物的去除率不高,但经过人工湿地处理后的尾水中污染物出水浓度可满足设计出水要求。总的来说,COD、TN和TP的进水浓度比较稳定,COD和TP的出水浓度比较稳定,而氨氮的进出水浓度均有较大波动,这可能与温度变化、植物生长、微生物代谢等因素有关。




2.2 水生态净化效果评价

2.2.1 对COD的去除效果

COD是水体有机污染的一项重要指标,能够较准确地反映出水体污染的程度。该工艺出水COD浓度稳定在46.14~55.18mg/L,平均进水浓度为50.16mg/L,平均出水浓度为35.54 mg/L,去除率为29%。COD去除主要依靠微生物的降解以及水生植物的吸收、拦截作用。经过污水处理厂处理后尾水中COD浓度仍然较高,主要是因为还存在一些难降解的有机物质及少量动植物残体,但经过组合人工湿地中基质、植物和微生物共同作用后浓度有所降低,说明该工艺对COD的去除效果较好,满足设计要求,符合一级A标准。图3为组合人工湿地对COD的去除效果。


2.2.2 对氨氮的去除效果

组合人工湿地对氨氮的去除效果如图4所示。氨氮进水浓度在1月最高,为3.86mg/L,平均进水浓度为1.41mg/L,平均出水浓度为0.97mg/L,去除率为31%,氨氮的进出水浓度及去除率均存在较大波动。夏季,气温升高,明渠中生物绳上的微生物异常活跃,能吸附和利用水中的氮、碟和固体悬浮物,去除率在6月达到最大值为54%。冬季,生物作用相对较弱,湿地主要通过水体自净能力进行微弱的净化。经过污水处理厂处理后的尾水中氨氮浓度已达到一级A标准,引入人工湿地后其浓度进一步降低,平均出水浓度远远低于一级A标准。由此可见,生物生态组合人工湿地对尾水中氨氮具有较好的去除效果。


水体中的氮主要包括硝态氮、氨态氮和有机氮3种形式,以氨态氮为主,微生物的氨化、硝化和反硝化作用对氮的去除有很大影响。水生植物依靠通气组织将氧气输送到根区,硝化细菌通过硝化作用使氨氮氧化成NO2-和N03-,好氧微生物又将其他有机物质分解为CO2和水;随着02的消耗,反硝化细菌在厌氧环境下通过反硝化作用将硝酸盐还原为气态氮,以N2和N20的形式从水中逸出,完成对氮的去除。硝化作用和反硝化作用是在两种完全相反的环境下进行,根据微生物的数目和种类,交替控制有氧和无氧环境,最大限度地发挥硝化细菌和反硝化细菌的组合作用,对高效去除尾水中氮的含量至关重要。

2.2.3 对TN的去除效果

从图5中可看出:TN的月平均进水浓度为12.00~13.77mg/L,年平均值为13.11mg/L,月平均出水浓度为9.73~13.52mg/L,年平均值为10.77mg/L。显然,TN的去除率为5%~27%,变化幅度较大,平均去除率为18%。1一3月,去除率逐渐升高,可能是由于春季气温慢慢回升,植被处于复苏期,微生物活动增强导致的。到了夏季,去除率又开始减小,此时湿地对氮的吸收作用并不强烈。10月,去除率达到另一个峰值,此后植物逐渐枯萎,微生物新陈代谢缓慢,对污染物吸附能力较差,去除率又开始逐渐降低。


2.2.4 对TP的去除效果

根据GB 18918—2002 一级A标准,TP最高允许排放浓度为0.5mg/L (2006年1月1日起建设的)。由图6可知:TP进水浓度为0.10~0.13 mg/L,远低于一级A标准。尾水再次进入人工湿地后,虽然TP浓度有所降低,但变化幅度不大,其去除率稳定在8%左右。6月,TP的去除率几乎为0,但这并不能说明人工湿地对TP的去除效果不好,可能存在两个原因:一是城镇污水中TP浓度本身就很低,二是污水处理厂对TP去除作用贡献较大。


水体中TP在人工湿地中的去除主要是利用介质截留吸附以及植物吸收、微生物作用来完成,其中绝大部分磷被吸附而存储于土壤中。基质和植物共同为微生物的生长、发育、繁殖提供场所,基质又为植物的生长提供载体和营养物质。大量研究表明:磷主要以固体颗粒的形式存在于土壤表面,要加强人工湿地对磷的去除效果,还应该选择对磷吸收较为强烈的水生植物和吸附能力较强的材料作为填料,并适当加大水力负荷,使磷得到充分的吸附沉淀。这只能去除尾水中颗粒状磷,并不能去除水溶性磷,而当填料对磷的吸附作用达到饱和或水体中磷的浓度过低时,被吸附沉淀的磷还有可能重新释放到水体中,反而使污水中磷的浓度再次升高。因此, 如何从根本上去除污水中的磷,还有待进一步研究。

2.3 讨论

生物生态组合人工湿地系统对小城镇污水处理具有良好的效果,该工艺设计科学合理,各项指标进水浓度都在湿地设计承载负荷以内,除COD外,氨氮、TN和TP进水浓度都低于一级A标准,处理后尾水完全符合一级A标准。

表3为人工湿地对各污染物去除的贡献率。该工艺对COD去除的贡献率最高,其次是TN和氨氮, TP去除的贡献率最低。尾水中COD含量仍然较高, 含有难分解的有机物质及生物残体,经过人工湿地处理后,COD浓度大幅度降低,月平均去除率相对稳定。氨氮去除率最高值出现在夏季,此时湿地中植被生长茂盛、微生物新陈代谢强烈,对氮、磷的吸收和吸附较为充分。TN去除率波动较大,可能与春季植被复苏、冬季植被枯萎有关,还可能受硝化作用和反硝化作用的影响。污水处理厂尾水中TP浓度已经较低,人工湿地还能在此基础上继续降低其浓度,但降低程度小,去除率低。研究表明:尾水中氮磷的去除还受到水温、水负荷、水力富集、水量和pH等因素的影响,其中水温对微生物活动的影响较大,水负荷和水力富集较水量和pH对污水中污染物去除率的影响更大虽然净化效果受季节变化、填料选择、水质水量等多种因素影响,但该工艺仍能达到预期处理目标。


相比传统人工湿地组合工艺,江阴市新桥镇生物生态组合人工湿地系统因地制宜地采用活水循环系统、生物强化处理技术、生态河道缓冲带系统、人工造流生态塘系统和上游河道复氧抑藻系统,规划建设更加科学合理,对污水处理厂尾水中污染物的去除效果较好。这对周边的生态环境改善,小城镇污水正确的处理以及在乡镇和农村地区推广使用具有很好的实践意义和借鉴价值。

3 结论

1)生物生态组合人工湿地对污水处理厂尾水中化学需氧量(COD)、氨氮、总氮(TN)和总磷(TP)的平均去除率分别为29%、31%、18%和8% ,平均出水浓度分别为 35.54,0.97,10.77,0.11mg/L,达到设计要求和一级A标准。

2)氨氮和TN的去除率随季节变化而出现较大波动,这与植被生长周期和微生物新陈代谢活动的变化有关。人工湿地对TP的去除率较低,需要根据实际情况对植物和填料的选择做进一步优化。

返回列表 分享到:

上一篇:土工膜在水利工程防渗施工质量控制的应用

下一篇:规模化生猪养殖场建造工艺以及处理沼气沼液沼渣造价分析—以云南省为例