陶瓷碎片基质人工湿地处理污染河水的应用.pdf

水 污 染 治 理 陶瓷碎片基质人工湿地处理污染河水的应用 ＊ 张 建 1,2 李 燕 1 何 苗 2 张成禄 1 邵文生 1 胡洪营 2 1.山东大学环境科学与工程学院, 济南 250100; 2.清华大学环境科学与工程系, 北京 100084 摘要 选取陶瓷碎片废弃物作为基质, 芦苇和菖蒲作为湿地植物, 构建潜流人工湿地系统, 对城市纳污河道内的污染 河水进行处理。 水力负荷为15 cm d, 考察了在较高浓度进水 CODCr和氨氮浓度分别为 40～ 70mg L 和10～ 35mg L 和 较低浓度进水 CODCr和氨氮浓度分别为 15～ 30 mg L 和 0. 3～ 3 mg L 2种工况下系统的运行效果。 结果表明, 在较高 浓度进水情况下, 系统对 CODCr、氨氮的平均去除率分别为 10. 0和 42. 4; 在较低浓度进水情况下, 系统对 CODCr、氨 氮的平均去除率分别为 38. 5和 63. 0。 陶瓷碎片是一种经济有效的湿地基质。 关键词 人工湿地 污染河水 陶瓷碎片 基质 ＊国家 863 重大专项“淄博市中心城区水环境质量改善技术与综合 示范” 2003AA601080 0 引言 在人工湿地中, 基质的选择是一个十分重要的环 节,一方面基质可为水生植物生长提供载体和营养物 质; 同时可为微生物的生长提供稳定的依附表面; 此 外,基质还可通过物理和化学的途径去除污水中的污 染物质 ,如人工湿地中高达 87 的磷可以通过沉淀 或吸附作用而被去除 [ 1] 。近年来应用的基质包括砾 石、 沸石、石灰石 、 粉煤灰 、 页岩 、 膨润土 、 草炭 、 蛭石等 及其混合物 [ 2 -7] 。 在山东淄博 、 江西景德镇、广东佛山和潮安等主 要陶瓷生产地区 ,大量的陶瓷碎片垃圾占用大面积的 土地 ,由此造成了诸多环境问题。在研究了陶瓷碎片 的物理化学性质基础上, 利用陶瓷碎片作为基质构建 潜流人工湿地系统, 研究了该系统对污染河水的处理 效果 。 1 试验装置与方法 1. 1 试验装置 陶瓷碎片基质人工湿地系统建设在淄博孝妇河 黄土崖段的一段河滩上, 以孝妇河水作为人工湿地系 统的进水 。孝妇河是流经淄博市的一条典型城市纳 污河道 ,河水污染严重, 水质为劣 Ⅴ类 。试验系统的 池壁由普通砖块构筑而成, 尺寸为 15 m 1. 5 m 0. 5 m ,床体填充 0. 5 m 厚的陶瓷碎片基质, 其上铺 0. 1 m 厚的种植土 ,沿水流方向种植等长度的芦苇和 菖蒲 ,如图 1 所示 。系统所用的基质取自堆弃在河道 两侧的陶瓷碎片废弃物, 粒径为 2 ～ 4 cm 。在陶瓷碎 片基质中分别加入 5 体积分数 的红粘土和腐 殖土 。 图 1 陶瓷碎片基质人工湿地系统 1. 2 工况及进水水质 系统的工况安排和进水水质情况如表 1 所示。 由于污染河水的水质随季节不同而发生很大的变化, 因此 ,分别研究了较高浓度进水和较低浓度进水 2 种 进水条件下人工湿地系统的运行特性,其水力负荷均 为15 cm d。 表 1 试验工况安排mg L 工况时间污染物浓度 CODCr 氨氮总磷 106 -1007 -11较高40～ 7010～ 350. 1 207 -1208 -25较低15～ 300. 3～ 30. 1 2 结果与讨论 2. 1 陶瓷碎片的性能分析 2. 1. 1 物理性能分析 对粒径为 2～ 4 cm 基质的物理性能进行了分析, 测定结果见表 2。可见粒径为 2～ 4 cm 的陶瓷碎片的 孔隙率较大 ,由此可以提供较大的比表面积 ,具有较 强的吸附能力。 表 2 陶瓷碎片的物理性能 堆积密度 gcm- 3真密度 gcm- 3孔隙率 1 . 022. 3355. 9 2. 1. 2 污染物吸附性能分析 根据测得的平衡浓度和基质的吸附容量 ,绘制如 7 环 境 工 程 2007年 6 月第25 卷第3 期 图2 所示的陶瓷碎片对氨氮的 吸附等温线 。用 Langmuir 模型和Frendlich 模型拟合, 分别得到 2 种吸 附等温模式各自的参数及拟合的相关系数,如表 3。 图 2 陶瓷碎片对氨氮的吸附性能 表 3 陶瓷碎片基质的 2 种氨氮吸附等温方程常数 基质 Langmuir 模型Frendlich 模型 Xm mgg- 1 Km gL- 1R2nkR2 陶瓷碎片5881. 06460 . 71661. 101. 35960. 9934 由表 3 中的数据可以看出, 陶瓷碎片对氨氮的吸 附曲线比较符合 Frendlich 模型, 且其吸附常数 k 较 大,表明了该基质具有较好的氨氮吸附能力。 2. 1. 3 浸出物分析 对陶瓷碎片进行浸出物质全分析, 结果如表 4。 表 4 陶瓷碎片浸出元素分析mg L BBaBiCaKMgNaSSr 0. 0900. 0330 . 2785. 24. 781. 038 . 538 . 50 . 41 由表 4 可知 , 浸出液中主要含有 9 种元素 ,分别 为 B、 Ba 、 Bi 、 Ca 、 K、 Mg 、 Na 、 S 和 Sr。浸出液中的这9种 物质不含有毒和有害的物质 。基质浸出了大量的 Ca、 K 、 Mg 、 Na 和 S , 这些元素是微生物和植物生长所 需的“大量元素” ,此外基质还浸出了 B 、 Ba 、Bi 和 Sr 等微量元素,这些微量元素能够促进微生物生长环境 多样化,有益于微生物和植物的生长。 2. 2 污染物的去除效果分析 2. 2. 1 较高浓度污染河水进水试验 较高浓度污染河水进水条件下 ,陶瓷碎片基质人 工湿地系统对CODCr的去除效果如图3 所示 。可见进 水CODCr在 40～ 70 mg L 之间 ,系统对 CODCr的去除率 随进水水质的变化而变化, 但大体上维持在 10～ 25之间 , 平均 去除率约 10. 0, 最大去 除率为 49. 6。 较高浓度污染河水进水条件下 ,陶瓷碎片基质人 工湿地系统对氨氮的去除效果如图 4 所示 。可见进 水的氨氮浓度在 10～ 35 mg L 之间, 系统对氨氮的去 除率虽随进水氨氮浓度的变化波动 ,去除率最高可达 63. 9, 最低为 9. 9,平均去除率约为 42. 4。 图 3 较高浓度进水 CODCr的去除效果 图 4 较高浓度进水氨氮的去除效果 2. 2. 2 较低浓度污染河水进水试验 较低浓度污染河水进水条件下 ,陶瓷碎片基质人 工湿地系统对CODCr的去除效果如图5 所示 。可见进 水 CODCr浓度 15 ～ 30 mg L 之间, 平均去 除率为 38. 5, 最大去除率为 62. 0。 图 5 较低浓度进水 CODCr的去除效果 图 6 较低浓度进水氨氮的去除效果 较低浓度污染河水进水条件下 ,陶瓷碎片基质人 工湿地系统对氨氮的去除效果如图 6 所示 。可见进 水氨氮浓度在 0. 3 ～ 3 mg L 之间 , 系统运行稳定后, 陶瓷碎片基质人工湿地系统对氨氮的平均去除率为 63. 0。前期少数情况下, 处理出水中的氨氮浓度高 于进水,其原因可能在于前期高浓度进水工况中基质 吸附的氨氮溶出 。 8 环 境 工 程 2007年 6 月第25 卷第3 期 3 结论 1 粒径为 2 ～ 4 cm 的陶瓷碎片的孔隙率较大, 为55. 9。陶瓷碎片对氨氮的吸附曲线比较符合 Frendlich 模型 ,其对氨氮有较好的吸附能力 。陶瓷碎 片的浸出液中无对生物有毒有害的物质 。 2 水力负荷为 15 cm d, 在较高浓度进水 CODCr 和氨氮浓度分别为 40～ 70 mg L 和 10～ 35 mg L 情况 下,系统对 CODCr、氨氮的平均去除率分别为 10. 0 和42. 4; 在较低浓度进水 CODCr和氨氮浓度分别为 15～ 30 mg L 和 0. 3～ 3 mg L 情况下 ,系统对 CODCr、 氨氮的平均去除率分别为 38. 5 和 63. 0。 3 以大量堆弃的陶瓷碎片垃圾作为人工湿地基 质,不仅材料的来源丰富 、 成本低廉 ,而且可以充分利 用这些固体废物 ,达到以废治废的目的 。 参考文献 [ 1] Lopez E, Soto B, Arias M. et al. Adsorption properties of red mud and its use for waste water treatment. Water Research, 1998, 32 4 1314 -1322. [ 2] 王宜明. 人工湿地净化机理和影响因素探讨. 昆明冶金高等专 科学校学报, 2000, 12 2 2 -4. [ 3] 徐丽花, 周琪. 不同填料人工湿地处理系统的净化能力研究. 上 海环境科学, 2002, 21 10 603 -606. [ 4] 尹连庆, 张建平等. 粉煤灰基质人工湿地系统净化污水的研究. 华北电力大学学报, 1999, 26 4 76 -79. [ 5] A. Drizo et al. Physico-chemical screening of phosphate-removing substrates for use in constructed wetland systems. Water Research, 1999,33 17 3595-3602. [ 6] 聂发辉, 吴晓芙等. 人工湿地中蛙石填料净化污水中氨氮能力. 城市环境与城市生态, 2003, 16 6 280 -282. [ 7] 崔理华, 朱夕珍等. 煤渣 -草炭基质垂直流人工湿地系统对城市 污水的净化效果. 应用生态学报,2003, 14 4 597 -600. [ 8] 国家环保总局. 水和废水监测分析方法编委会. 水和废水监测 分析方法. 北京 中国环境科学出版社,2002, 210 -281. 作者通讯处 张建 250100 山东省济南市山大南路 27 号 山东大 学环境科学与工程学院 电话 0531 88361808 E -mail zhangjian00sdu. edu. cn 2006- 08-10 收稿 含盐染料废水高温厌氧处理工艺特性研究 ＊ 高 欢 1,2 周岳溪 2 胡 翔 1 蒋进元 2 陈 希 2 1. 北京化工大学环境工程系, 北京 100029; 2.中国环境科学研究院, 北京 100012 摘要 研究升流式厌氧污泥床反应器 UASB 在高温条件下处理含盐染料废水的工艺特性及颗粒污泥性能。 结果表 明, 在以常温厌氧絮状污泥为接种污泥, 运行温度为 551 ℃, 水力停留时间为 12 h, 含盐量为50 000 mg L, CODCr为 900～ 1 000 mg L, 染料活性红 2 RR2 浓度为 100 mg L 条件下, 78 d 达到运行稳定, CODCr和 RR2 去除率分别为 44和 85以上。 反应器中高温耐盐厌氧颗粒污泥粒径为 1. 0～ 2. 0 mm, 其生物相组成以短杆菌、球菌、丝状菌为主。 关键词 含盐染料废水 高温 厌氧 UASB反应器 活性红2 颗粒污泥 ＊国家高技术研究发展计划“863 计划”资助项目 2002AA601320B 0 引言 偶氮染料在纺织、印染等工艺中应用超过 50, 然而在加工和使用过程中仅有 60～ 70被利用, 余下大多被排放入环境 , 造成污染 [ 1] 。研究结果表 明,厌氧生物法处理染料废水具有相对成本少 ,运行 费用低 ,而且可提高其可生化性和降解性 ,为进一步 的处理提供有利条件等优点 [ 2] 。纺织、印染工厂的出 水有较高的温度 ,现有处理染料废水的常温或中温厌 氧反应器, 在处理前还需降低进水温度 , 提高了运行 成本。另外 ,由于工艺需要 ,实际染料废水中往往含 有大量的 NaCl 、 NaSO4等各种无机盐 [ 3] , 增加了处理 难度 。本研究考察了高温条件下 UASB 反应器处理 含盐偶氮染料废水的工艺过程 ,为染料废水的治理提 供可参考的工艺选择和技术依据。 1 材料与方法 1. 1 试验装置 图 1 为 UASB 工艺的试验装置及工 艺流程。 UASB 反应器 用玻璃制成 , 内 径 2. 05 cm, 总高度 45 cm,总容积 0. 6 L 。内设三相分离器, 下部为污泥 9 环 境 工 程 2007年 6 月第25 卷第3 期 TREATMENT OF POLLUTED RIVER WATER BY CONSTRUCTED WETLAND WITH PACKING MEDIUM OF POTSHERD WASTEZhangJian Li Yan He Miao et al7 Abstract A constructed wetland system was made by selecting potsherd waste as packing medium, reed and calamus as plants to treat polluted river water. With the hydraulic loading of 15 cm d, pollutants removal perance of the system was studied in the condition of high influent concentration CODCrand ammonia nitrogen concentration were 40 ～ 70 mg L and 10 ～ 35 mg L, respectivelyand low influent concentration CODCrand ammonia nitrogen concentration were 15～ 30 mg L and 0. 3～ 3 mg L, respectively . The results showed that in the condition of high influent concentration, CODCrand ammonia nitrogen removal rateswere 10. 0 and 42. 4, respectively, and in the condition of low influent concentration, CODCrand ammonia nitrogen removal rates were 38. 5 and 63. 0, respectively. Potsherd waste is a kind of economical and effective packing medium for constructedwetland. Keywords constructed wetland, polluted river water, potsherdwaste and medium STUDY ON THE THERMOPHILIC 55 ℃ ANAEROBIC TREATMENTOFSALINE DYE WASTEWATERGao Huan ZhouYuexi Hu Xiang et al9 Abstract The characteristics of anaerobic granules degrading saline dye wastewater were investigated in a laboratory -scale upflow anaerobic sludge blanket UASBreactor at 551 ℃. Experimental results demonstrated when ambientflocculent digester sludge was used as seed, HR T hydraulic retention time was12 h, salinity was 50 000 mg L, influentCODCr chemical oxygen demand was 900～ 1 000 mg L, and reactive red2 RR2dye concentration was 100 mg L. The quasi -steady state of the UASB reactor was achieved after 78 running days. The CODCrand RR2 removal rateswere above 44 and 85 respectively. The diameter of the thermophilic salt -tolerant anaerobic granular sludge was from 1. 0～ 2. 0 mm, bacilli, cocci and filamentous bacteria were found. Keywords saline dye wastewater, thermophilic, anaerobic, UASB reactor, RR2 and granular sludge TREATMENTOFOILYWASTEWATER BYMAGNETICFLOCCULATION SEPARATION PROCESSWang Liping He Youqing Fan Hongbo et al 12 Abstract The oily wastewater was treated by magnetic flocculation separation process. The proper dosages of magnetic particle, flocculant and coagulant aidswere determined, and the effects of adding sequence andmixing condition onthe treatment were studied. Meanwhile, the contrast testbetween magnetic flocculation process and common flocculation process was carried out. It was shown that when the content of oil in the wastewater is 100～ 200 mg L the optimum technological parameters are that the dosages of magnetic particle, PFC and PAM are 280 mg L, 25 mg L and 0. 5 mg L respectively, the magnetic particle and PFC should be put into wastewater simultaneously before PAM and the suitable stirring speed should be 250 r min. Keywords oily wastewater, magnetic particle and magnetic flocculation REMOVAL OF ENDOCRINE DISRUPTING CHEMICALS IN CHEM -BIOFLOCCULATION CBF TREATMENT PROCESSLiu Yi Xia Siqing Chen Ling et al 15 Abstract Endocrine disrupting chemicals EDCsexisted in chem-bioflocculation CBFtreatment process of Anting Sewage Treatment Plant, Shanghai were analyzed by liquid-liquid extraction process -GC MS. Eight EDCs were detected in the influent. The removal perance of EDCs in CBF reactor was also investigated and the results showed that all EDCs could partly be removed by CBF treatment process. Each channel showed different removal perances in CBF reactor. All types of EDCswere removed obviously during the first channel, while some of them were desorbed during the second channel. Phenols were partly removed during the third channel. Keywords CBF treatment process, EDCs, alkylphenol and PAEs THE RESEARCH ON THE DISTRIBUTION UNIITY OFTHE PERIPHERAL FEED SETTLING TANKLuo Benfu Zhang Xuebing Zhang Mingjie et al 18 Abstract The article focused on the calculationof equalwater depth and equal service through board through the hydraulics analyses that is the distributing water ways of the peripheral feed setting tank, and analyzed the characteristics of these two distribution ways. Combinaton of the examples and through the practicability of distribution way, it is concluded that variational distance of hole in the distribution trough can realize uni distribution. The distributio uniity and stabilization of the distribution trough with variational distance hole is relatively good, through the analyses of energy differential equation. Keywords clarifier, peripheral feed, distribution trough, equidistant hole for distributing water and variational distance of hole for distributing water BIOREACTOR MODEL AND ITS SIMULATION OF SYNTHETIC WASTEWATER TREATMENT Yang Jun Li Hao Chen Jianbo et al 21 Abstract The mathematic model of MBR was developed based on ASM3 model, which consisted of bioreactor and membrane filtratration unit. Furthermore, the model was implemented using Matlab Simulink programming package and a flow-sheet simulation interface was developed. The result of the model verification shows that this modelis able to simulate the process in a membrane bioreactorwell and to predict the treatment results in the bioreactor and in the effluentwith a satisfying precision. Therefore, this model can analyze the internal microbiological process in the membrane bioreactor, and guide the design and running of membrane bioreactors. Keywords membrane bioreactor, model, simulation, sensitivity analysis and membrane flux OPTIMAL DESIGN FOR THESYSTEMOF ADVANCED TREATMENTOFDOMESTIC 2 ENVIRONMENTAL ENGINEERING Vol. 25,No. 3, Jun. , 2007