人工湿地净化滇池入湖河道污水的示范工程研究.pdf

人工湿地净化滇池入湖河道污水的示范工程研究 ＊ 邓辅唐 云南今业生态建设集团有限公司, 昆明 650200 孙石 云南大学环境与湖泊研究院, 昆明 650091 邓辅商 吴 广 李 强 马丽红 陈汝才 云南今业生态建设集团有限公司, 昆明 650200 摘要 采用复合型人工湿地示范工程系统进行净化处理滇池入湖河道污水的研究, 结果表明该系统对处理滇池入湖 河道污水具有良好的适用性。 在系统正常运行状态下, 其对所处理河道污水中 CODMn、BOD5、TN、TP 的去除率分别最 高可达 67、74、83、65。 关键词 人工湿地 滇池 入湖河道污水 污水净化 示范工程 ＊昆明市科技计划项目 03S43126 1 引言 人工湿地是近年来发展迅速的水体生物生态综 合治理技术之一, 其原理是利用自然生态系统中物 理、 生物和生物化学的三重共同作用来实现对污水的 净化 。人工湿地技术在国内外的广泛应用结果表明, 它确实是一种处理效果稳定、投资少、 运行费用低 、 管 理简便的污水处理方法 [ 1～ 3] 。目前这一技术已发展 成为进行湖泊水库等大型水体水质改善的一个有效 方法 ,同时也已在许多工业废水和生活污水的深度处 理中得到了较多的应用 [ 5～ 8] 。 针对昆明滇池污染治理工作的技术需求 ,本研究 于2003 年 8月开始 ,以滇池入湖河道水对象, 进行了 采用小型复合型人工湿地净化处理滇池入湖河道污 水的示范工程研究。经过一年多的努力 ,取得了湿地 系统适宜组合工艺流程、湿地工程快速建设技术、适 用湿地植物筛选与规模化培育技术 、 湿地植物栽种和 养护技术等系列湿地工程技术成果 ,达到了预期的示 范工程研究目标 ,为下一步在滇池水体污染治理工作 中采用复合型人工湿地净化处理滇池入湖河道污水 的相关工作提供了重要的技术参考和工程示范。 2 示范工程概述 本研究的小型复合型人工湿地示范工程建设在 位于滇池主要入湖河流宝象河边的云南今业生态建 设集团公司的苗圃基地内, 示范工程用地面积为 1 400 m 2 。该湿地示范工程试验运行期间均直接取用 宝象河中的污水 ,其主要汇集了上游的农村生活污水 和少量乡镇企业排放的污水, 主要水质指标为 BOD5 28～ 57 mg L、 CODMn7. 0 ～ 20 mg L 、 TN 0. 2～ 16 mg L、 TP 0. 5～ 8. 0 mg L 、 DO 0. 5～ 1. 0 mg L 。 本研究所建立的人工湿地工程水力负荷为 0. 275～ 0. 32 t m 2d。该人工湿地从建设到正常运行 只用了8 个月的时间, 经研究形成的人工湿地基料的 选择与适宜混配技术、合理集水布水技术 、 基料维护 工程技术、污水净化适用植物筛选与快速培育技术、 湿地植物养护技术、人工湿地启动与管理技术等系列 工程技术成果, 促进了该湿地的快速建成 一般的人 工湿地从建设到运行最少需要 1～ 2a 的时间 。 3 示范工程工艺流程 经过对目前国内外人工湿地的建设与运行情况 进行调查研究, 从技术单元优势互补的角度出发并依 据昆明当地气候特征 ,本研究确定采用复合型工艺流 程,即包含氧化塘、 表面流湿地 、 潜流湿地等技术单元 的组合工艺流程来建设人工湿地示范工程,其整体工 艺流程如图 1 所示。 图 1 复合型人工湿地示范工程的工艺流程 4 示范工程建设及启动运行 4. 1 人工湿地适宜植物的选择 在已有的研究报道中 [ 6] ,人工湿地的水生植物通 常选用香蒲属、普通芦苇 、灯芯草 、草属 、 苔草属等 品种 。目前 ,各地对湿地植物的选择一定程度上依赖 于经验,而针对各种湿地植物应用于湿地系统的净化 29 环 境 工 程 2005年 6 月第23 卷第3 期 处理效果的系统研究还为数不多 [ 2] 。本研究通过对 滇池流域水生植物和湿地植物的调查研究以及系统 的分析,确定了 70 余种备引种植物,并通过各种渠道 引种了68 种水生、湿地植物进行试验栽种 ,同时在当 地环境监测部门的协助下 ,对试验栽种的植物进行污 水净化效果的系统观测和研究 ,最终筛选确定了 7 种 对水中主要污染物具有较好净化性能的植物 如表 1 所示 ,用于本研究的湿地系统 。 表 1 本研究试验筛选出的 7 种适用湿地植物 植物名科 属学 名 香蒲香蒲科Typha 旱伞竹莎草科Cyperus alternifolius L . 芦苇禾本科Phragmites communis Trirn . 水葱莎草科Scirpus validus 草莎草科Cyperus malaccensis Lam . var . brevifolius 水芹菜 伞型花科 Oenanthe javanica 茭草禾本科ZizaniacaducifloraHand. Mazz Z . latifolia Turcz . 4. 2 人工湿地的建设与运行 本研究复合型人工湿地的基础建设于 2003 年 8 月开始至 2003 年 11 月结束, 历时 3 个月。基础建 设内容包括 引水水闸制作,两级氧化塘和表流湿地、 潜流湿地 、 景观水塘建设 ,全系统给水、布水管网和集 水沟渠建设 ,运行管理设施设备和植物 、水质观测分 析仪器系统配置等。 人工湿地示范工程中的水生植物种植情况如下 1 一级氧化塘 植物为水葫芦 、 大,采用漂浮 栽培方式。其功能是通过 2 种植物的快速生长和覆 盖水面来营造强厌氧环境 ,促进污水中的污染物厌氧 分解和生物吸收 。 2 表流湿地 植物主要为茭草、香蒲、芦苇、水 芹菜、草, 采用成行成片栽种方式。其功能是利用 湿地植物的生长和沉积悬浮物以及土壤中的微生物, 吸收去除污水中的碳氮磷污染物。 3 二级氧化塘 植物主要为水芹菜和大, 采 用漂浮栽培方式。其功能是作为一级氧化塘的补充 和加强环节。 4 潜流湿地 植物主要为香蒲、菖蒲、美人蕉、 水葱、 旱伞竹 , 采用碎石床分片栽种方式 。其功能是 利用湿地植物的生长 、 悬浮物过滤和碎石床生物膜, 进一步吸收去除污水中的碳氮磷污染物 。 5 碎石集水沟 植物主要为香蒲、 美人蕉,采用 碎石床分散栽种方式 。其功能是处理水的曝气增氧 的辅助环节 。 人工湿地污水处理系统的启动一般要经历 2 个 阶段 即系统调查、 植物生长恢复、 根系发展的不稳定 阶段和植物生长成熟、处理效果良好的稳定成熟 阶段 。 在本研究的工程实施中, 启动阶段水生植物栽种 后即充入河道污水。而后 ,按植物生长习性和设计水 位调整湿地系统的运行水位, 以促进水生植物的生长 和其根部向基底深处发展 。进入稳定成熟阶段后 ,系 统处于动态平衡, 植物的生长紧随季节呈周期性变 化,此时系统的净化处理作用充分发挥, 运行稳定。 湿地中的植物可根据需要进行收割或更新 。本研究 设计的人工湿地示范工程 ,在进水水质及水量变化不 大时, 系统可实现自流运行 ,无须使用动力设备和进 行更多的维护, 因此运行费用是很低的。 5 人工湿地示范工程的运行效果 本研究复合型人工湿地示范工程于 2003 年 12 月完成植物的整体配置并调试, 3 月后, 随着植物 生长的完善, 湿地系统处于稳定运行状态。从 2004 年3 月初至 6 月底 ,本研究对湿地系统的水质进行了 15 次水质监测, 其结果如图 2～ 5。 图 2 BOD5指标变化及去除率曲线图 图 3 CODMn指标变化及去除率曲线图 图 4 TP 指标变化图及去除率曲线图 30 环 境 工 程 2005年 6 月第23 卷第3 期 图 2～ 5 中的监测结果表明, 本研究复合型人工 湿地示范工程对净化处理滇池入湖河道污水确有实 效,其对所处理河道污水中CODMn、 BOD5、 TN 和 TP 的 去除率分别最高可达 67、 74、 83和 65。这表 明该湿地内已形成了一个对水体中污染物具有良好 净化处理运行状况的水生生态系统。由国内一些小 型复合型人工湿地的统计研究结果可知 [ 5～ 7] , 这些湿 地对各主要污染物的去除率一般在 40～ 60之 间。因此可以说 ,本研究所建立的人工湿地的处理运 行效果与国内同类系统相比, 具有明显的综合技术效 果优势。 图5 TN 指标变化及去除率曲线图 在本研究试验期间还有一现象是 随着天气变暖 和气温升高 ,植物生长速度加快, 湿地系统的净化功 能也随之逐渐增强, 对应的污染物除去率曲线均呈现 明显的上升趋势 。与此同时, 湿地内的生态系统也逐 步形成和不断完善。从 3月份开始, 首先是观察到在 水体中出现了大量的软体动物幼虫 ,包括红丝蚓、摇 蚊幼虫、 水蛆等 。其后随着水质的进一步净化 ,水生 昆虫如甲虫以及螺蛳类软体动物也相继出现和迅速 繁殖 。到了5 月 ,有许多小鱼从系统出口处的景观水 塘回游到了上游的集水沟中, 并生长繁殖。这表明经 整个湿地系统处理的出水水质有了进一步的提高。 6 月份以后,湿地系统中的植物生长达到了茂盛的阶 段。一些水鸟之类的湿地动物便在此筑巢并繁衍。 这些飞鸟光顾, 也为预防湿地水生植物出现病虫害起 到了积极的作用。整个示范工程系统呈现出一派欣 欣向荣的景象。 经过半年多的处理运行, 湿地示范工程系统没有 出现处理功能上的障碍和堵塞现象 ,处理运行状况良 好,其建设和运行主体上达到了示范工程的预期 目标 。 经对本研究的人工湿地示范工程的技术经济简 要分析得知,本研究的人工湿地系统的单位污水建设 投资为 135 元 m 3 , 年运行费用为 0. 7 万元 a ,单位体 积污水处理费用 0. 02元 m 3 。与国内运行中的同类 人工湿地的技术经济参数相比较 [ 4,8] , 本研究的人工 湿地示范工程具有明显的优越性和实用性。 6 结论 本研究所建立的复合型人工湿地示范工程系统 对净化处理滇池入湖河道污水具有良好的适用性 ,在 系统正 常运行状 态下, 其对所处 理河道污 水中 CODMn、 BOD5、 TN 和TP 的去除率分别最高可达 67、 74、 83和 65, 主体上达到了示范工程的预期目 标。该湿地示范工程具有工艺先进 、 操作简便、污染 物净化能力强、运行稳定性好 、 处理费用低等特点 ,并 在筛选和快速批量培育耐污吸污性能强的湿地植物 技术方面具有明显的创新性。 富营养化湖泊的污染治理是目前国内外环保技 术领域中的一个重要课题。本研究成果对滇池水体 的污染治理具有重要的现实意义和良好的示范作用, 同时也为其它湖泊污染治理的相关工作提供了重要 的技术参考和工程示范。 参考文献 1 周立平. 人工的“自然之肾” 人工湿地处理系统. 科技经纬, 2003. 22 2 6～ 9. 2 陈长太. 国外人工湿地技术的应用及研究进展. 中国给水排水, 2003. 19 12 105～ 108. 3 于少鹏. 培育人工湿地净化污水研究. 哈尔滨学院学报, 2003. 24 7 54～ 59. 4 王薇. 人工湿地污水处理工艺与设计. 城市环境与城市生态, 2001. 14 1 59～ 62. 5 刘雯. 人工湿地在处理污水中的应用研究进展. 嘉应大学学报, 2002. 20 3 29～ 32. 6 文乐元, 谢可军. 人工湿地新型污水处理技术. 西南林学院学报, 2002. 22 2 77～ 80. 7 刘全中. 人工湿地系统水质净化技术的工艺设计. 给水排水, 2001. 27 8 35～ 39. 8 崔玉波. 潜流人工湿地设计与经济分析. 吉林建筑工程学院学报, 2002. 19 3 9～ 11. 作者通讯处 邓辅唐 650200 昆明市关上关平路万兴花园丙栋 云南今业生态建设集团有限公司 电话 0871 7156777 传真 0871 7170113 Email kingyear163. com 通讯联系人 孙石 650091 昆明市翠湖北路 2 号 云南大学环境 与湖泊研究院 电话 0 13888030573 Email sunps2003tom. com, pssun ynu. edu. cn 2004 -12 -27 收稿 31 环 境 工 程 2005年 6 月第23 卷第3 期 blue triphenylmethane dyesvaried little when acetic acid concentrations increased from 200 mg L to 1 200 mg L and dye concentration from 20 mg L to 100 mg L. It revealed that the biological decolorization of these cationic dyes seemed to be combined action of biosorption and subsequent biodegradation. The acetic acid concentration could enhance the color removal percentage of cationic red 6 B hemicyanine dyes. It could be the co -metabolism took place between 6 B and acetic acid. Keywords cationic dyes, biological decolorizaiton and aerobic process TREATMENT OF SAPONIN WASTEWATER BY PHYSICOCHEMICAL AND BIOCHEMICAL PROCESSXie Qingjie et al 26 Abstract The saponinwastewater is characterized by a strong dark color, high chemicaloxygen demand CODconcentration, low pH value and low biodegradability. Treatment of this wastewater by traditional activated sludge is essentially impossible. In the present work, combined physical, chemical and biological s were synergistically utilize to tackle the wastewater. The results show that CODCr, BOD5, chromaticity and SS can be reduced respectively from 23 250 mg L, 3 600 mg L, 216 times and 260 mg L to 92 mg L, 20 mg L, 20 times and 27 mg L by the process, and their average removal rates are 99. 7, 99. 4, 90. 7 and 90. 4 respectively ,which can meet the first-order of “ Overall Sewage Discharge Standards” GB8978 -1996. Keywords saponin, wastewater treatment, physicochemical and bio-chemical DEMONSTRATIONENGINEERINGRESEARCHONCONSTRUCTEDWETLANDFOR PURIFYING POLLUTED RIVER WATER FLOWING INTO DIANCHI LAKEDeng Futang et al 29 Abstract A demonstration engineering research on purifying the polluted riverwater flowing into Dianchi Lake using a composite constructed wetland system was implemented in thisproject. The resultsshown that the demonstration engineering system of the constructed wetland had a good applicability for treating the polluted river water flowing into Dianchi Lake. Under the normal running condition, the removal rate of CODMn, BOD5, TN and TP int the polluted river water could reach at 67, 74, 83 and 65 separately in the constructedwetland system. Keywords constructed wetland, polluted river water flowing into Dianchi Lake, sewage purification and demonstration engineering TREATMENT OF PRINTING AND DYEING WASTEWATER BY PRETREATMENT HYDROLYTIC ACIDIFICATION -AO PROCESSQin Lian et al 32 Abstract A printing and dyeing company in Changzhou adopts pretreatment -hydrolytic acidifcation -AO process to treat printing and dyeing wastewater. The running result shows the effect of the treatment is good and the process semmed to be fit for serveral different dyeing effluents. The effluent quality from the process meets the first class criterion specified in“ The National Discharge Standard of Pollutants” GB8978 -1996 . The cost of the treatment is 1. 851yuan R MB per ton wastewater. Keywords hydrolytic acidification, AO process and dyeing wastewater STUDIES ON PURIFYING DIESEL EXHAUST GASES WITH ATTAPULGITE CLAY Zou Jianguo et al 35 Abstract The attapulgtite clay was selected as absorbent for purifying diesel exhaust gas. Diesel exhaust gaswas allowed to pass through a jet bubble reactor JBR arragned in the exhaust system of the diesel engine, in which diesel particulates and other contaminantswere absorbed by the attapulgite clay solution. The absorbent slurry has colloid property and a strong affinity for the diesel particulates. It shows that under the experimental conition, the diesel particulates are removed by 71. 3, NOXby 80. 4, HC and SO2all by above 90 from the exhaust gas, the temperature of the exhaust gas decreases from 200～ 250 ℃ to about 55 ℃, and the gas resistance is 3. 5 kPa. Keywords attapulgite, purify, absorb and diesel exhaust gas EXPERIMENTAL STUDY ON NON -THERMAL PLASMA FOR THE OXIDATION OF METHANGE Yang Xiaoping et al 37 Abstract The capacitively coupled plasma for oxidation of CH4in dry air was studied and the removal efficiency of CH4and proucts of reaction were analysed. That was compared to caseswith catalyst in the reactor. The result indicates that when the catalyst was present, the CH4 removal efficiency was improved, the CO2selectivity was increased in the reaction product. The final products of CH4oxidationwere CO, CO2and H2O. Keywords plasma, catalyst, methane and capacitively coupled discharge EXPERIMENTAL STUDY ON DESULFURIZATION OF CONDENSING FLUE GAS BY FOG LYE Sun Jindong et al 40 Abstract Theory of SO2absorptionby Ca OH 2slurry droplet was analyzed. Factors influencing SO2absorption were studied by spraying fog lye in a vertical tube condensing exchanger, such as Ca S ration, inlet SO2concentration, air quantity of fog lye, inlet temperature and Reynolds 3 ENVIRONMENTAL ENGINEERING Vol. 23,No. 3, Jun. , 2005