利用人工湿地系统深度处理城市污水尾水.pdf

利用人工湿地系统深度处理城市污水尾水 李艳红 解庆林 白少元 游少鸿 桂林工学院资源与环境工程系, 桂林 541004 摘要 利用垂直复合流模拟人工湿地系统对城市污水厂尾水进行深度处理实验研究, 植物床选用美人蕉、 菖蒲、 茭草、 芋头和象草混合栽种, 采用石英砂为主体填料。实验研究表明 人工湿地系统在停留时间为 24 h, 水力负荷为 014 m3Pm2d 的运行条件处理效果较佳, 在此条件下连续稳定运行 10个月, 处理后的尾水主要指标达到GB PT 18921 - 2002标准。 关键词 人工湿地 深度处理 水力停留时间 目前人工湿地处理系统主要应用于农业非点源 污染 [ 1 -3] 、 屠宰废水 [ 4] 、 生活污水 [ 5 -9] 、 垃圾渗滤液 [ 10] 、 石油化工废水 [ 11,12] 、 水产养殖污水 [ 13] 和河道净化 [ 14 -16] 等。而利用人工湿地深度处理尾水的研究较少, 本研 究将垂直复合流人工湿地用于城市污水处理厂出水 的深度处理, 重点分析植物种类、 水力停留时间和植 物收割等因素对处理效果的影响, 同时提出了人工湿 地运行维护措施。 1 材料与方法 111 系统概述与实验设计 垂直复合流湿地模拟系统为一长方体 长110 m, 宽015 m, 高 110 m , 池体由中部隔板分隔为 2 个单 元, 两单元底部由 10 cm 高的过水孔连通 见图 1 。 人工湿地池体从底部向上依次填充鹅卵石 粒径为 40 80 mm、 厚度 10 cm 、 石英砂 粒径为 4 8 mm, 下 行池中厚度为 80 cm, 上行池中厚度为 70 cm 和细石 英砂 粒径为 5 15 mm、 厚度 10 cm 。两池填料表面 铺设多孔 PVC 管, 以保证布水、 集水均匀, 为保证出 水顺畅, 池底沿水流方向设置 015的坡度。 图 1 复合垂直流人工湿地结构示意图 湿地植物选取 5 种本地植物美人蕉、 菖蒲、 茭白、 芋头和象草搭配栽种, 种植密度为 38 41 株P m 2。实 验期间运行方式为全天连续进水。实验出水主要指 标CODCr、 氨氮和总磷以5城市污水再生利用景观环 境用水水质6 GBP T 18921 -2002 为标准。 112 实验用水 人工湿地处理系统设于桂林市第四污水处理厂 内, 其进水为第四污水处理厂出水。实验期间水质波 动较大, 主要指标见表 1。 表 1 人工湿地进水水质范围及国家标准mg P L 项目pHCODCr氨氮总磷 浓度范围617 6 181111 321161 1374 181991 013 3 185 平均值6 17521163101182 1075 国家标准16 9205015 注 15城市污水再生利用景观环境用水水质6 GB P T 18921 -2002 。 2 结果与讨论 211 水力停留时间对处理效果的影响 实验在停留时间为 12、 18、 24和 30 h 条件下分别 运10 d, 隔天取样进行监测, 取其平均值。实验结果 见表 2。 表 2 不同水力停留时间实验结果mg P L 停留时间 P h CODCr平均浓度氨氮平均浓度总磷平均浓度 进水出水去除率P 进水出水去除率P 进水出水去除率P 122511016128351111414410133281461139014170158 18221331313440129111435109551461133011192106 2418181111493819191662174711691161010994149 3020183141103213071380188881080156011261146 结果显示 当停留时间由 12 h 升高到 30 h 时, 出 水中 CODCr浓度范围为 11149 16128 mgP L, 去除率呈 先增高后降低的趋势。当停留时间由 12 h 增加到 18 h时, 去除率由 35111 上升到 40129 ; 当停留时 间继续增加时, 去除率相应降低, 当停留时间为 30 h 时, 去除率由40129 降低到32130。分析其原因主 要是停留时间过短时, 吸附在生物膜上的有机物还未 来得及被降解即被带出系统; 而停留时间过长, 易造 86 环 境 工 程 2006年 6 月第24 卷第3 期 成系统的厌氧状态, 使 CODCr去除率降低。出水中的 氨氮浓度范围为 0188 10133 mgP L, 且去除率随停留 时间的延长由28146增加到 88108, 可能是因为硝 化菌与反硝化菌的世代时间较长, 停留时间适当的增 加有利 于氨氮的去除。出水中总磷浓度范围为 0109 0141 mgP L, 去除率随着停留时间的延长出现先 增高后降低的趋势, 当停留时间由 12 h 增加到 24 h 时, 去除率由 70158 增加到 94149, 当停留时间进 一步延长到30 h 时, 去除率降低为 61146 。其原因 可能在于停留时间过短时, 污水的流速过大, 对填料 的冲击使得原先被吸附在填料或植物根茎表面的磷 冲出系统, 造成去除率下降, 而当停留时间过长, 容易 造成湿地系统的厌氧, 微生物原先在好氧环境下过量 吸收的磷又重新释放, 致使TP 去除率下降。 212 植物类型对处理效果的影响 为确定美人蕉、 菖蒲、 茭草、 芋头和象草 5 种植物 去除氨氮和总磷的效果。分别将 5 种植物种植于容 积相同的容器中, 注入城市污水处理厂出水, 经过 2 周培养, 植物生长处于旺盛状态。分别测定进出水 中总磷和氨氮浓度, 进水中氨氮浓度为31633 mgP L, 总磷浓度为0122 mgP L, 各植物实验出水结果见表 3。 表 3 5 种植物去除氨氮和总磷实验结果 项目 氨氮P mgL- 1 去除率 P 总磷 P mgL- 1 去除率 P 芋头0124493127010975619 象草2196718135011931213 美人蕉0132890198011612814 菖蒲0116195157010657111 茭草0152285163010975619 结果可知, 5种植物按照氨氮去除率从大到小排 列顺序为 菖蒲 芋头 美人蕉 茭草 象草。按总 磷去除率由大到小排列的顺序为 菖蒲 芋头 茭草 美人蕉 象草。可见, 5 种植物中以菖蒲去除 氨氮和总磷的效果最佳, 以象草去除氨氮和总磷的效 果最差。在植物栽种的实验过程中发现 菖蒲的生长 较为缓慢, 且在 8、 9、 10 月份时, 菖蒲的根部会出现大 量黄色絮状分泌物质, 使出水呈黄色, 因此不宜大规 模栽种; 由于填料的持水性差, 且芋头为块状根茎, 深 度不大, 在停水的时候芋头容易枯死, 亦不易大量种 植。茭草和美人蕉较易成活且生长旺盛, 尤其美人蕉 的成活能力强, 抗干旱, 抗涝能力均佳, 且秋季收割后 可以继续生长, 兼具美观价值, 因此适宜大规模栽种。 人工湿地每个模拟实验装置中栽种美人蕉 8 棵、 菖蒲 8 棵、 茭草 2 棵、 芋头 2 棵和象草 2 棵。 213 植物收割对处理效果的影响 收割实验时间为 08 -25 10 -19, 于 09 -21 日对湿 地植物进行收割, 实验期间的平均温度为 2815 e , 全 天连续进水, 水力停留时间为 24 h, 水力负荷为 014 m 3P m2d , 实验期间进水中 COD Cr浓度范围为 11110 24140 mgP L, 氨 氮 浓 度 范 围 为 6133 11128 mgP L, 总磷浓度范围为 017 2186 mgP L。分别 监测收割前后人工湿地出水中 CODCr、 氨氮和总磷的 浓度范围, 其去除效果见图2、 3、 4。 图 2 收割前后人工湿地对 CODCr去除效果 图 3 收割前后人工湿地对氨氮的去除效果 图 4 收割前后人工湿地对总磷的去除效果 结果显示, 收割前人工湿地 CODCr出水浓度范围 为10152 1112 mgP L, 平均去除率为 39134 , 收割后 出水浓度变化不大, 浓度范围为 812 1211 mgP L。平 均去除率为 31126。 人工湿地在收割前后对氨氮的影响较大, 收割前 出水中氨氮浓度范围为 2113 2173 mgP L, 平均去除 率为 72149。收割后出水浓度变化较大, 收割第 2 天出水中氨氮浓度为 4123 mgP L, 随着植物的生长, 87 环 境 工 程 2006年 6 月第24 卷第3 期 出水中氨氮浓度逐渐降低, 收割 15 d 之后浓度恢复 到收割前的去除水平。收割后 1 个月内浓度范围为 1112 4123 mgP L, 平均去除率为65125。 人工湿地在收割前后对总磷去除效果的影响不 大, 收割前人工湿地出水总磷浓度范围为 0112 0123 mgP L, 平均去除率为 89100。收割后出水浓度 变化不大, 浓度范围为 0113 0124 mgP L, 平均去除率 为87185。 由此可见, 人工湿地对总磷和 CODCr主要依靠基 质的沉积拦截和微生物的作用加以去除, 因此受植物 收割的影响不大, 而氨氮的去除对植物的生长和根系 处微生物作用的依赖性较大, 因此受植物收割的影响 较大。 214 运行期间人工湿地对各污染物的去除效果 实验 在 停 留 时 间 为 24 h, 水 力 负 荷 为 014 m 3P m2d , 全天连续进水条件下运行10 个月, 实 验结果见图 5、 6、 7。实验期间, 进水中 CODCr浓度范 围为 11110 32116 mgP L, 出水中 CODCr浓度范围为 6124 18182 mgP L, 平均去除率为 42107 ; 进水中氨 氮浓度范围为 1137 18199 mgP L, 出水中氨氮浓度范 围为 0108 4168 mgP L, 平均去除率为 76165; 进水 中总磷浓度范围为 0130 3185 mgP L, 出水中总磷浓 度范围为 0101 0145 mgP L, 平均去除率为 88192。 可见, CODCr、 氨氮和总磷 3 项指标均达到设计标准。 图 5 人工湿地对 CODC r的去除效果 图 6 人工湿地对氨氮的去除效果 215 运行管理 1 定期收割植物 在秋冬季节, 腐烂的湿地植 物叶片逐渐通过水的淋滤作用和有机物的矿化作用 图 7 人工湿地对总磷的去除效果 重新释放到水体中, 造成水质恶化。所以定时收割植 物的地上部分, 对于改善系统在冬季的出水水质很重 要。由于南方的温度较高, 湿地植物的收割时间以 9 月份为宜, 便于植物的恢复生长, 以保证冬天系统 的有效运行。 2 防止堵塞 在 1 2 月份期间, 由于气温降 低, 植物叶片的干枯腐烂, 导致填料表面有机物的积 累, 积累主要发生在根部附近, 填料表面深度约5 cm, 此时表面填料颜色变黑。有机物的积累导致湿地的 堵塞, 可将表面变黑的填料取出更换可消除堵塞 现象。 3 结论 1 随着水力停留时间的逐渐增加 12、 18、 24、 30 h , 出水中 CODCr和总磷浓度均出现先升高后降低 的趋势。最佳水力停留时间为 24 h。 2 综合考虑植物对氨氮和总磷的去除效果, 由 大到小依次为 菖蒲 芋头 美人蕉 茭草 象草。 3 植物收割对总磷和 CODCr的影响不大, 总磷 在收割前后平均去除率分别为 89100 和 87185; CODCr在收割前 后平均去除 率分别 为 39134 和 31126; 植物收割对氨氮去除有一定影响, 收割前后 平均去除率分别为 72149 和 65125 。 4 当 停 留 时 间 为 24 h, 水 力 负 荷 为 014 m 3P m2d , 全天连续进水条件性运行10 个月, 进 水中 CODCr浓度范围为 11110 32116 mgP L, 出水中 CODCr浓度范围为 6124 18182 mgP L, 平均去除率为 42107; 进水中氨氮浓度范围为 1137 18199 mgP L, 出水中氨氮浓度范围为 0108 4168 mgP L, 平均去除 率为 76165 ; 进 水 中 总 磷 浓 度 范围 为 0130 3185 mgP L, 出水中总磷浓度范围为 0101 0145 mgP L, 平均去除率为 88192 。CODCr、 氨氮和总磷 3 项指标 均达到5城市污水再生利用景观环境用水水质6 GBP T 18921 -2002 标准。 88 环 境 工 程 2006年 6 月第24 卷第3 期 参考文献 [ 1 ] Braskerud, B. 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The corresponding pollution control measures are also proposed, which provides basic data and technical support for studying and treating the pollution of urban water body produced by rain runoff. Keywords rain runoff, water quality and control ADVANCED TREATMENT OF MUNICIPAL SEWAGE PLANT EFFLUENT BY CONSTRUCTED WETLANDLi Yanhong Xie Qinglin Bai Shaoyuan et al 86,,,,, ,,,,,,,,,,,,,,,,,, Abstract Integrated vertica- l flow constructed wetland was used in this investigation for advanced treatment of municipal sewage effluent. Canna, calamus, wild rice and elephant grass were selected as constructedwetland plants and quartz sandwas selected as filling. It is shown that the optimal running conditions with hydraulic residence time of 24 h, with hydraulic loading of 014 m3Pm2d were determined. After 10 -month operation, the main inds of the effluent can meet / Water Quality Standard for Scenic Environment of Urban Recycling Water0GB PT18921 - 2002. Keywords constructed wetland, advanced treatment and hydraulic residence time TREATMENT OF RIVER SEWAGE BY TECHNOLOGY OF CONSTRUCTED WETLAND Deng Futang Sun Peishi Li Qiang et al 90 ,,,, , ,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,, Abstract It is introduced briefly that the applications of adaptable aquatic plants and purifying properties to constructed wetlands, whose scientific payoffs and engineering examples are also described. Keywords constructed wetland, aquatic plant and river sewage INITIAL OPERATION OF TREATING URBAN SURFACE RUNOFF BY POND -CONSTRUCTED WETLAND ECOSYSTEMYin Wei Li Peijun Ye Min et al 93 ,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,, Abstract It is explored that the initial operation of treating urban surface runoff by WuhanTaohuadao pond -constructedwetland ecosystem. The results show that this sort of composite ecosystem can treat effectively an urban surface runoff, and it also has a unique effect of nitrogen removal. Keywords urban surface runoff, pond, horizontal underrun constructedwetland, composite underrun constructed wetland and initial operation MANUFACTUREANDAPPLICATIONOFCHLORINEPEROXIDEGENERATORWITH SECONDARY -AERATING UNDER NEGATIVE PRESSURE Tang Xinde Hao Xiuhong Lang Xianjun et al 96 ,,,,,,,,,,,,,,,,,,,, ,,,,,,,,,,,,,,,,,,,, ,,,,,,,, Abstract Using sodium chlorate and hydrochloric acid as raw materials and adopting unique secondary aeration process under negative pressure, mixed disinfection gases mainly on chlorine peroxideClO2 were generated by redox reaction under composite catalyst.These gases were subsequently absorbed to become mixed disinfectant with finite concentration. Disinfection purpose was achieved by mixing disinfectant with waste water. Keywords secondary aeration under negative pressure, chlorine peroxide generator, sodium chlorate and hydrochloric acid Sponsor Central Research Institute of Building and Construction of MCC Group Publisher Industrial Construction Magazine Agency Editor The Editorial Department of Environmental Engineering 33, Xitucheng Road, Haidian District, Beijing 100088, China Telephone 010 82227637、 82227638 Fax 010 82227637 Chief EditorWeng Zhongying Domestic All Local Posts DistributorChina International Book Trading Corporation P. O. Box 399, Beijing China Journalistic Code ISSN1000- 8942 CN11- 2097 PX E -mail Addresshjgc public. yj. hjgcmail.yj. cn. net WWW AddresshttpP P www. hjgc. com. cn httpP P www. hjgc. net. cn 6 ENVIRONMENTAL ENGINEERING Vol124,No13, Jun. , 2006