現(xiàn)有人工濕地污水處理工藝改進(jìn)性研究

鄭凌之

(梅州市環(huán)境監(jiān)測(cè)中心站，廣東 梅州 514021)

現(xiàn)有人工濕地污水處理工藝改進(jìn)性研究

鄭凌之

(梅州市環(huán)境監(jiān)測(cè)中心站，廣東 梅州 514021)

在梅州市五華縣縣城污水廠人工濕地中試現(xiàn)場(chǎng)，結(jié)合查閱相關(guān)資料，了解了該人工濕地的工藝參數(shù)，對(duì)人工濕地中基質(zhì)、植物及運(yùn)行方式進(jìn)行了試驗(yàn)研究。通過(guò)改變?nèi)斯竦鼗|(zhì)、出水回流、增加水力停留時(shí)間及改進(jìn)濕地植被種類，總磷、氨氮、總氮的最佳去除率分別達(dá)到85.9%、84.8%、47.9%，出水濃度分別達(dá)到0.44 mg/L、2.4 mg/L、11.2 mg/L。

污水處理；人工濕地；改進(jìn)性研究；脫磷除氮；小城鎮(zhèn)

1 研究背景

用人工濕地方法處理城鎮(zhèn)污水，與其他常規(guī)工藝相比，具有效率高、投資低、低運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用、低維持技術(shù)、低耗能和出水水質(zhì)好、環(huán)境效益大等多項(xiàng)優(yōu)點(diǎn)。采用人工濕地污水處理技術(shù)，要結(jié)合不同地區(qū)的具體情況深入開(kāi)展實(shí)驗(yàn)研究，以獲得針對(duì)不同地區(qū)特點(diǎn)、不同環(huán)境氣候條件及不同污水特性的人工濕地污水處理效果及相關(guān)實(shí)用數(shù)據(jù)。

本文對(duì)現(xiàn)有污水處理廠人工濕地進(jìn)行試驗(yàn)研究，主要是為保證水廠出水指標(biāo)符合環(huán)保部門審批中的排放標(biāo)準(zhǔn)要求，尤其要滿足排放標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)氮磷指標(biāo)的要求。氮磷是造成水體富營(yíng)養(yǎng)化的主要原因，富營(yíng)養(yǎng)化會(huì)破壞水生態(tài)系統(tǒng)平衡，影響水體功能，控制好氮磷污染物指標(biāo)的排放濃度十分重要。本研究通過(guò)對(duì)縣城污水污染物的分析，在對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析的基礎(chǔ)上，指出了人工濕地存在的不足，提出了一些改進(jìn)措施。所得研究成果為梅州市縣城污水廠一級(jí)強(qiáng)化處理+人工濕地示范工程提供了重要的數(shù)據(jù)參考[1,2]。

2 實(shí)驗(yàn)部分

2.1 監(jiān)測(cè)點(diǎn)位與監(jiān)測(cè)頻次

在污水處理廠細(xì)格柵后進(jìn)水和二級(jí)出水總排口設(shè)置2個(gè)點(diǎn)位。

2.2 監(jiān)測(cè)頻次

每月初采樣，連續(xù)3d，1d 4次。

2.3 結(jié)果與分析

2012—2013年1個(gè)周期年的監(jiān)測(cè)情況如表1所示。

表1 主要污染物監(jiān)測(cè)結(jié)果匯總表 (mg/L)

2.4 現(xiàn)有工藝污染物去除效果分析

2.4.1 去除有機(jī)物效果分析

現(xiàn)有工藝對(duì)有機(jī)物的去除效果良好，監(jiān)測(cè)的CODCr出水濃度值在15.7 ～28.7 mg/L，出水水質(zhì)遠(yuǎn)低于排放標(biāo)準(zhǔn)，去除效率在72%以上。在沒(méi)有超過(guò)設(shè)計(jì)工藝負(fù)荷的情況下，去除效率隨著污水進(jìn)廠濃度的增大而呈現(xiàn)增高趨勢(shì)。

2.4.2 去除氨氮效果分析

現(xiàn)有工藝對(duì)氨氮的去除效果隨溫度的變化較大，去除效率為56.1%～82.0%。氨氮出水濃度值在2.3 ～6.2 mg/L，出水水質(zhì)低于排放標(biāo)準(zhǔn)。在實(shí)際現(xiàn)場(chǎng)的觀察中，發(fā)現(xiàn)植物的生產(chǎn)情況與氨氮的去除關(guān)系明顯。

2.4.3 去除總磷效果分析

現(xiàn)有工藝對(duì)總磷的去除效果較好，監(jiān)測(cè)的總磷出水濃度值在0.77 ～1.62 mg/L。由于排放標(biāo)準(zhǔn)的提高，在水質(zhì)波動(dòng)的情況下，有時(shí)總磷的排放濃度要高于排放標(biāo)準(zhǔn)值，總磷的去除效率是制約人工濕地工藝的最主要因子。

2.4.4 去除總氮效果分析

現(xiàn)有工藝對(duì)總氮的去除效果不好，監(jiān)測(cè)的總氮出水濃度值在10.7 ～16.5mg/L，出水水質(zhì)低于排放標(biāo)準(zhǔn)。總氮在沒(méi)有超過(guò)設(shè)計(jì)工藝負(fù)荷的情況下，去除效率隨著污水進(jìn)廠濃度的增大而呈現(xiàn)增高趨勢(shì)。

3 現(xiàn)有人工濕地系統(tǒng)改進(jìn)性研究

3.1 試驗(yàn)條件

表2 水質(zhì)條件 (mg/L)

水深設(shè)計(jì)為1.5 ～2.0 m。試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)污水廠的人工濕地系統(tǒng)分8座，并聯(lián)運(yùn)行，每座分4段處理池，設(shè)計(jì)處理污水規(guī)模為2500m3/d?？?套并聯(lián)運(yùn)行的人工濕地系統(tǒng)從1～8號(hào)順序編號(hào)。試驗(yàn)準(zhǔn)備時(shí)間為3—7月，試驗(yàn)進(jìn)行時(shí)間為8月—次年1月。

3.2 人工濕地系統(tǒng)中基質(zhì)改進(jìn)性設(shè)計(jì)

從物理性質(zhì)上考慮，在池內(nèi)部填充多孔的、有較大比表面積的基質(zhì)，對(duì)系統(tǒng)污染物的去除有以下促進(jìn)作用：能改善人工濕地的水力學(xué)性能，能給微生物提供更大更有效的附著面，從而增強(qiáng)整個(gè)系統(tǒng)去除污染物的能力。從基質(zhì)的化學(xué)特性上分析，人工濕地如選用石灰石或礦渣、粉煤灰等，這些材料的特性對(duì)磷吸附能力好，可以達(dá)到較好的去磷效果；而選用煤灰、沸石、累托石等基質(zhì)，則能夠有效提高去除氨氮的效率[3,4]。

3.3 水力停留時(shí)間改進(jìn)性設(shè)計(jì)

潛流人工濕地的一級(jí)動(dòng)力學(xué)模型多參數(shù)的計(jì)算結(jié)果[5]：水力停留時(shí)間愈長(zhǎng)，污染物去除率愈高。因此，可以通過(guò)增加水力停留時(shí)間提高對(duì)污染物的去除效率?？梢酝ㄟ^(guò)2種方式實(shí)現(xiàn)：

回流式進(jìn)水的方式：①可對(duì)進(jìn)水進(jìn)行一定的稀釋，減輕濕地的污染負(fù)荷；②增加水中的溶解氧，采用低揚(yáng)程水泵，通過(guò)水力噴射的方式進(jìn)行充氧；③增加污水的水力停留時(shí)間。本設(shè)計(jì)中3號(hào)池采用處理后回流的方式提高污水的去除效率。

第二種方式是通過(guò)改變?cè)瓉?lái)人工濕地連續(xù)進(jìn)水，調(diào)整為間歇式進(jìn)水的方式增加水力停留時(shí)間。本設(shè)計(jì)4號(hào)池采用間歇式的進(jìn)水方式。

3.4 植物改進(jìn)性設(shè)計(jì)

篩選適宜的人工濕地植物，對(duì)提高和穩(wěn)定人工濕地的凈化功能具有重要意義。植物的選擇應(yīng)盡量考慮增加系統(tǒng)的生物多樣性，生態(tài)系統(tǒng)的物種越多，結(jié)構(gòu)越復(fù)雜，穩(wěn)定性較強(qiáng)的植被有助于磷的去除。對(duì)于潛流人工濕地，種植具有濃密和較長(zhǎng)根系的濕地植物較為理想[6]。

現(xiàn)有濕地的植被為一級(jí)、二級(jí)生物池水葫蘆，一級(jí)、二級(jí)碎石床主要選用蘆葦、席草、蒲草、美人蕉、傘草、風(fēng)車草。

本文改用對(duì)脫磷除氮效果好的、在本地生長(zhǎng)容易種植的、且有觀賞價(jià)值的植物，對(duì)其脫氮除磷效果進(jìn)行研究，旨在為人工濕地脫氮除磷工程應(yīng)用提供多種植物選擇。有研究表明[7]，通過(guò)對(duì)潛流濕地系統(tǒng)中蘆葦、香蒲的收割實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，每克干重蘆葦、香蒲能凈吸收污水中32 mg氮。因此，在5號(hào)池體中前2級(jí)適當(dāng)增加植被間距，同時(shí)在6號(hào)池體改變植物種類。在第一級(jí)碎石池種植蘆葦、香蒲和蘆竹，二級(jí)碎石池種植風(fēng)車草、美人蕉，間距約為30 ×50 cm。

4 試驗(yàn)結(jié)果分析

4.1 水質(zhì)監(jiān)測(cè)點(diǎn)位和監(jiān)測(cè)頻次

在1～6號(hào)池的出水口位置各設(shè)置1個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)位，監(jiān)測(cè)項(xiàng)目為氨氮、總磷、總氮。每個(gè)月月初連續(xù)采樣3d，1d采樣4次，采樣期180d。

4.2 水質(zhì)監(jiān)測(cè)結(jié)果

表3、表4、表5為所得監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。

表3 總磷監(jiān)測(cè)結(jié)果匯總表 (mg/L)

表4 氨氮監(jiān)測(cè)結(jié)果匯總表 (mg/L)

表5 總氮監(jiān)測(cè)結(jié)果匯總表 (mg/L)

4.3 改進(jìn)性工藝污染物去除效果分析

4.3.1 對(duì)總磷的去除效率分析

從圖1可以看出：通過(guò)改變?nèi)斯竦鼗|(zhì)、出水回流及改進(jìn)濕地植被種類，可以明顯提高總磷的去除效率。

4.3.2 對(duì)總氮的去除效率分析

從圖2可以看出：通過(guò)改變?nèi)斯竦鼗|(zhì)、增加水力停留時(shí)間及改進(jìn)濕地植被種類，可以明顯提高總氮的去除效率。

4.4 小結(jié)

通過(guò)改變?nèi)斯竦鼗|(zhì)、出水回流及改進(jìn)濕地植被種類，明顯提高了污水中總磷的去除效率，總磷的最佳去除率達(dá)到85.9%，出水總磷濃度為0.44 mg/L。通過(guò)改變?nèi)斯竦鼗|(zhì)、改進(jìn)濕地植被種類，可以提高氨氮的去除效率，氨氮最佳去除率達(dá)到84.8%，出水氨氮濃度為2.4 mg/L，但是增加水力停留時(shí)間反而降低氨氮的去除效果。通過(guò)改變?nèi)斯竦鼗|(zhì)、增加水力停留時(shí)間及改進(jìn)濕地植被種類，均可以明顯提高總氮的去除效率，總氮最佳去除率達(dá)到47.9%，出水總氮濃度為11.2 mg/L。與原有人工濕地工藝相比，改進(jìn)性人工濕地不僅減輕濕地的污染負(fù)荷，增加水中溶解氧，同時(shí)提高了水質(zhì)污染物的去除效率。

5 結(jié)論

試驗(yàn)期間，在梅州市五華縣縣城污水廠人工濕地中試現(xiàn)場(chǎng)，結(jié)合查閱相關(guān)資料，了解了該人工濕地的工藝參數(shù)，對(duì)人工濕地中基質(zhì)、植物及運(yùn)行方式進(jìn)行了試驗(yàn)研究。經(jīng)測(cè)定污水廠進(jìn)口污水和處理后出口水水質(zhì)中化學(xué)需氧量、氨氮、總氮、總磷等指標(biāo)的濃度，取得如下結(jié)果：

(1)使用一級(jí)強(qiáng)化處理后，再經(jīng)人工濕地系統(tǒng)凈化水質(zhì)，COD的處理效率達(dá)到72%以上，出水水質(zhì)COD濃度在25mg/L左右，去除有機(jī)物效果較好。

(2)濕地系統(tǒng)采用煤渣和礫石的混合料作為基質(zhì)濾料后，與之前濕地系統(tǒng)的單一采用礫石作為基質(zhì)相比，前者對(duì)NH3-N和TP的去除效率較高。填料的選擇從盡量就地取材、容易獲得且價(jià)格便宜的角度考慮，因此可以改用混合填料作為基質(zhì)。

(3)優(yōu)選適合本地生長(zhǎng)的，并在各種污水濃度下去除效果好的植物。第一級(jí)碎石池適合種植蘆葦、菖蒲和蘆竹，二級(jí)池適合種植風(fēng)車草、美人蕉。

(4)在一級(jí)生物池中適當(dāng)控制植株的密度可避免影響水面復(fù)氧。

(5)冬季蘆葦及蘆竹枯萎時(shí)要及時(shí)收割，收割后蘆竹可以作為保溫材料覆蓋在池體上,有利于提高微生物對(duì)污染物的去除效率。

[1]吳彩斌,向速林,魯秀國(guó). 處理農(nóng)村生活污水的生物接觸氧化-人工濕地組合工藝[J].湖北農(nóng)業(yè)科學(xué),2008,47(1):44-46.

[2]白永剛,吳浩汀. 滴濾池-人工濕地組合工藝處理農(nóng)村生活污水[J]. 中國(guó)給水排水, 2007,23(17):55-57.

[3] 徐麗花,周琪. 不同人工填料人工濕地處理系統(tǒng)的凈化能力研究[J]. 上海環(huán)境科學(xué),2002,21(10):603-605.

[4] 徐麗花,周琪. 人工濕地控制暴雨徑流污染的實(shí)驗(yàn)研究[J]. 上海環(huán)境科學(xué),2002, 21(5):275-277.

[5] 李麗. 潛流人工濕地去除生活污水中氮磷的試驗(yàn)研究[D]. 上海:華東交通大學(xué)，2008.

[6] 李旭東,周琪,張榮社,等. 三種人工濕地脫氮除磷效果比較研究[J]. 地學(xué)前緣,2005(12):73-76.

[7] Fennessy M S, Cronk J K, Mitsch W J. Macrophyte productivity and community development in created freshwater wetlands under experimental hydrological conditions[J]. EcolEng, 1994, 3(4): 469-484.

Applied Research on Improving Treatment Technology of Constructed Wetland System

ZHENG Ling-zhi

(Meizhou Station of Environment Monitoring, Meizhou, Guangdong 514021, China)

The experimental study on the existing constructed wetland in Wuhua County was conducted in Meizhou. The process parameters, the substrate, plants, and operation ways of the wetland were tested. The optimal removal rates of total phosphorus, ammonia, and total nitrogen were 85.9%, 84.8%, and 47.9% respectively after adjusting the substrate of the wetland, the varieties of plants, the back flow, and increasing the water detention time. The after concentrations of the pollutants were 0.44 mg/L, 2.4 mg/L, and 11.2 mg/L respectively.

wastewater treatment;constructed wetland; improved research; removal of nitrogen and phosphorus; small town

2016-12-27

X703

A

1673-9655(2017)03-0095-04