滇池流域受污染河流原位处理技术研究.pdf

滇池流域受污染河流原位处理技术研究 ＊ 杨逢乐 金竹静 王 伟 云南省环境科学研究院, 云南 昆明 650034 摘要 采用生物膜技术对滇池流域受污染入湖河流进行原位处理实验, 结果表明该方法能够有效的解决受污染河流黑 臭问题, 能够较好的改善河流水质, 降低河流中污染物的量。 实验直接布设于天然河道中, 系统运行效果受到降雨、上 游水质变化、反应区溶解氧浓度、生物量和水力停留时间的影响。 实验中通过对各影响因素的分析和改进, 使系统可 达到稳定的去除效果, 处理后的出水透明度达到1 m以上, COD 去除率达 42. 2, BOD5去除率达 41. 4, 总氮去除率达 17, 氨氮去除率达 14。 生物膜技术应用于受污染河流的原位治理, 是一种适合滇池流域污染治理的有效方法。 关键词 滇池; 原位处理技术; 生物带; 溶解氧 THE EXPERIMENTAL STUDY ON IN -SITU TECHNOLOGY FOR TREATMENT OF POLLUTED RIVERS IN DIANCHI WATERSHED Yang Fengle Jin Zhujing Wang Wei Yunnan Institute of Environmental Science, Kunming 650034, China Abstract The biofilm technology as one of in -situ technologies was used to treat polluted rivers in Dianchi Watershed. The results showed that the process could clear up the black and odorous water and remove contaminate in the river. The experimentwas set up into the natural river way, and the functionwas affected by precipitation, change inwater quality of upper stream, dissolved oxygen, microbial biomass and hydraulic retention time. These factorswere changed to make system in a suitable situation. After the water in the polluted river flowed through the system, the water transparency was up to 1 meter above, and the removal rates of COD, BOD5, TN andNH 4-N were respectively 42. 2, 41. 4, 17and 14. It showed that the biofilm technology was a valid one to control eutrophication of Dianchi Lake. Keywords Dianchi Lake;in -situ technology; biozone;dissolved oxygen ＊国家高科技研究计划 2005AA60101003 。 0 引言 滇池是昆明赖以生存和发展的水源地,由于过去 在经济发展 、 城市建设过程中, 忽略了对水环境的保 护,已造成滇池生态系统的严重破坏 ,水质变为劣 V 类。近年来,随着“三湖三河”的重点治理 ,滇池水污 染恶化的趋势得到了一定程度的遏制 。但由于湖泊 不是孤立的水环境, 需要以流域的景观格局分析为基 础, 从源头 、途径、末端等多方面入手进行污染防 治 [ 1] ,才能达到湖泊水污染防治和受损生态系统修复 的目的。 滇池流域有 29 条入湖河流 ,大多数河流水质都 已受到污染 ,低于地表水 V 类标准 。每年由河道向 滇池输入大量的污染物, 给已受损的湖泊生态系统造 成了严重的污染负担 。因此, 对入湖河流水质进行改 善,将污染物从入湖途径上进行截断, 对于湖泊生态 系统的恢复具有极其重要的作用。从途径上减污 ,一 方面是对源头截污不完全的补充,另一方面减轻了末 端治理的压力。本研究主要是针对滇池流域入湖河 流大多流经城区 ,周边可利用土地面积少的特征, 采 用生物膜技术对滇池受污染入湖河流进行原位 治理 [ 2] 。 1 实验部分 1. 1 实验材料 实验采用的生物带是专门用于生物膜法污水处 理的一种柔性填料 。它是由生物惰性很强的高分子 材料制成, 具有很好的物理和化学稳定性 。生物带纤 维的直径为25. 4 μ m ,每立方米生物带产品能够提供 17 环 境 工 程 2009年 6 月第27 卷第3 期 约50 000 m 2 的表面积, 可以为水中微生物生长 、 繁殖 提供巨大的生物附着空间 。实验用微孔曝气管是由 新型高分子材料制成 ,曝气孔在管壁上呈曲线形蜂窝 状排列 ,气孔直径内大外小 ,必须有一定压力的气流 通过 ,小孔才张开向外供气。穿过小孔的气流在水中 形成连续的 1～ 2 mm的气泡 ,与水发生氧交换 。相对 大、 中孔曝气器而言 ,微孔曝气管产生的气泡小,比表 面积大,氧转移率高 。 1. 2 实验地点及布局 本实验布设于新运粮河入湖前河段, 该段河道宽 20～ 30 m ,深2 m ,全长485 m。 新运粮河是昆明主城区西 片区主要的防洪、 排污河道 ,纳入了城市大量的生活污 水和部分河道沿岸的工业污水,河水水体黑臭, 主要是 有机物、 氮、 磷等营养物质超标。新运粮河的水体污染 特征属于滇池流域内典型的受污染入湖河流。 整个实验段前后分为“科利尔生物接触氧化反应 区 简称KIC 反应区 ”和“沉淀区”两个部分 ,工艺具 体布置如图 1 所示 。KIC 反应区是通过科利尔复合 菌的作用对水体中污染物进行去除。实验用复合菌 是由湖北科亮生物工程有限公司生产的 ,每克产品的 活菌数高达几百亿个 ,包含异养菌 、 硝化细菌 、 反硝化 细菌、短程反硝化细菌等 300 多种菌株 。KIC 反应区 布设的生物带和微孔曝气管, 可为复合菌提供适宜的 生长条件。生物带是柔性、带状填料, 只需采用水草 型设计将生物带一端固定于河道底部 。在浮力的作 用下, 生物带漂浮于水中 ,为微生物的生长提供大量 的附着空间; 当水流冲击力过大时 ,生物带会倒伏 ,能 减轻洪水对处理系统的冲击。微孔曝气管与生物带 间隔铺设在河道底部 ,为反应区内微生物的生长提供 充足的氧气。 图 1 河道内工艺布置示意 2 结果与分析 本实验于 2008 年 3 月底工程布置完成, 随后向 水体中投加生物菌种, 水温在 18～ 22 ℃。4 月 10 日 水体表观效果有所改善, 透明度增加, 在河堤沿岸水 中生长杂草上可见大量成团絮状生物膜出现; 4 月 20 日左右,河面漂浮大量脱落的生物膜 。从投菌运行到 生物膜脱落近20 d ,生物带挂膜成功 , 生物进入稳定 生长期。 2. 1 实验试运行期污染物去除效果及影响因素分析 2. 1. 1 水质表观效果 实验段河流主要纳入生活污水和部分工业废水,水 质黑臭现象严重。流经生物膜原位处理系统后,水体黑 臭现象得到很大的改观。表 1 为系统中两段工艺处理 后水体透明度变化情况,实验段河水进水透明度仅为 0. 24 m,经过KIC 反应区后,透明度得到较大改善,提高 到0 . 41m,经过沉淀区的沉淀作用后,透明度进一步改 善,出水口的透明度提高至0. 49m。 处理后出水透明度比 进水提高 1倍以上,水体中散发的臭味基本消失。 表 1 系统中两段工艺出水透明度情况m 1234567平均 进水透明度0 . 26 0. 26 0. 22 0. 20 0. 21 0. 32 0. 25 0. 24 KIC 反应区出水透明度 0 . 32 0. 35 0. 44 0. 37 0. 56 0. 33 0. 48 0. 41 沉淀区出水透明度0 . 45 0. 53 0. 62 0. 40 0. 62 0. 37 0. 45 0. 49 2. 1. 2 有机物去除情况 图 2 为系统进、出水有机物浓度对比情况 ,图 2a 是进出水 COD浓度变化情况, 图2b 是进出水 BOD5浓 度变化情况。两图清晰的反映出, 出水中有机物浓度 比进水中有机物浓度明显降低。因受污染河水主要受 纳生活污水, 因此水质的波动性不大。 试运行期 图 2 系统对有机物的去除效果 18 环 境 工 程 2009年 6 月第27 卷第3 期 ρ BOD5 ρ COD 为 0. 4 左右 ,水质保持较好的生化 性,有利于整个处理系统的正常运行。也正是因为新 运粮河的这种水质污染特征, 适宜采用生物膜原位净 化技术对入湖污染物进行沿程削减 。在试运行期间, 有机物的去除效率稳定, 平均可达 30 以上。 2. 1. 3 氮的去除情况 水体氮的去除情况如表 2所示。 表 2 氮的去除情况mg L 项目进水平均进水出水平均出水去除率 ρ 氨氮10. 4～ 25 . 817. 112 . 1～ 24. 217 . 1 ρ 凯氏氮16. 9～ 26 . 621. 014 . 7～ 25. 219 . 95 . 2 ρ 总氮17. 1～ 27 . 021. 315 . 0～ 25. 420 . 15 . 6 从表2 可以看出,在试运行阶段,水体中氮的去除 效果不明显 。通过进出水水质对比分析, 氨氮基本无 去除,总氮的去除效果也较微弱。根据生物脱氮原理 , 氨氮的去除是通过硝化和反硝化两个相互独立的过程 实现的 [ 3] ,硝化反应需要在好氧条件下进行,反硝化反 应则发生在严格的缺氧或厌氧条件下。然而 ,国内外 有不少研究和报道证明有同步硝化反硝化现象 simultane- ous nitrification and denit-rification,简 称 SND ,尤其是有氧条件下的反硝化现象确实存在于各 种不同的生物处理系统 [ 4 -5] 。本实验中投加的科利尔 复合菌包含了硝化菌、 反硝化菌等 ,只要提供适宜的生 长条件,这些菌群应该就能发挥相应的作用 。实验段 KIC 反应区进水的溶解氧含量极低,一般在 0. 2 mg L 以下, 出 水口测 得水体 中的溶 解氧 浓度 平均为 0. 76 mg L。 根据有关研究 DO为2 mg L左右时脱氮能够 取得较好的效果 [ 6] 。因此,试运行阶段系统对于水体 中氮的去除效果不佳, 与曝气量不足致使反应区内硝 化菌等生长缓慢,参与脱氮反应的生物量少有关。 2. 2 实验改造后的效果分析 根据试运行期系统的不足 ,对实验进行改进。为 了增大曝气量, 改用大功率罗茨鼓风机 , 增大主输气 管道口径; 并在河道内增铺了生物带, 将原有280 m KIC 反应区增加至380 m。 曝气系统改善后, 水体中溶 解氧的含量有明显增加,从改造前KIC 反应区出水口 溶解氧平均浓度为0. 78 mg L上升至2. 0 mg L以上 。 2. 2. 1 表观效果变化情况 经过改造 , 水质处理效果得到很大的提高。从 图3 可以看出 ,改造后水质的表观效果改善明显, 系 统出水口透明度从改造前平均0. 49 m ,提高至1 m左 右。但水质表观效果受暴雨的冲击影响大,会出现透 明度突然降低的情况 。上游的受污染河水以及初期 雨水短时间内大量汇入河道, 经过实验段的河水会从 正常流量 2 10 4 m 3 d骤增至1105 m 3 d ,甚至更大的 流量 。大量涌入的河水在处理段的停留时间减少 ,并 且河流紊动对河底产生冲刷作用, 致使河水变得混 浊。但暴雨过后 2～ 3 d, 透明度可迅速恢复到近1 m, 表明系统具有良好的稳定性。 图 3 系统出水透明度情况 2. 2. 2 改造后污染物去除效果 生物带的增多为微生物的生长提供了更多的附 着空间,生物量的增加表现为有机物与氮去除率的增 加。从图 4 可以看出改造后 ,有机物的去除效率有所 增加,COD去除率增加了 25, BOD5去除率增加了 29。而改造后总氮的去除效率是改造前的 3 倍 ,氨 氮的去除率提高至 14。 图 4 系统改造前后污染物的去除效果对比 下转第 32 页 19 环 境 工 程 2009年 6 月第27 卷第3 期 过吸附、 沉淀、 离子交换和络合作用被截留在土壤中, 路表径流中的酚 、石油类物质经过2 m的土壤渗透吸 附,基本上可以完全净化 ; 40 cm厚的土壤层即可截留 渗入水中近 90的细菌, 也能够去除雨水中 65～ 95的各种污染物质 包括 COD、 SS 等 。 通过一系列的处置措施, 完全能够保证渗透水的 水质达到GB T19772- 2005 中的地表回灌标准。 4 结论 1试验分析验证表明, 采用通道集水净化渗透 系统后,可以将路表径流中的污染物控制在最低指标 范围内 ,不对地下水质产生影响, 该方案比现有京石 高速公路渗井方案更具优越性 ,可以很好得应用于华 北平原地区,不仅有效地解决高速公路下穿式被交道 路排水,还可使路表雨水回灌地下水。 2同时该方案可有效降低高速公路路基高度, 由此可带来公路用地减少、土石方数量减少 、 借方减 少、 土壤资源的节约 、 边坡防护工程量减少、 交通防护 设施减少等 ,充分体现了“资源节约、环境友好”公路 建设理念 。 参考文献 [ 1] 赵剑强, 闫敏, 刘珊, 等. 城市路面径流污染的调查[ J] . 中国给 水排水, 2001, 17 1 33-35. 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