垂直流人工濕地處理鐵路車(chē)站生活污水試驗(yàn)研究

王 茂 玉

(蘭州鐵道設(shè)計(jì)院有限公司，甘肅 蘭州 730000)

垂直流人工濕地處理鐵路車(chē)站生活污水試驗(yàn)研究

王 茂 玉

(蘭州鐵道設(shè)計(jì)院有限公司，甘肅 蘭州 730000)

將預(yù)處理與垂直流人工濕地組合工藝相結(jié)合，處理生活污水，通過(guò)對(duì)人工濕地組合工藝對(duì)不同季節(jié)運(yùn)行效果、水力負(fù)荷、污染負(fù)荷等運(yùn)行參數(shù)分析系統(tǒng)對(duì)COD，BOD5，TP，TN，SS的處理效果，研究結(jié)果表明垂直流濕地系統(tǒng)對(duì)COD，BOD5，SS都有很高的去除率，為鐵路車(chē)站垂直流人工濕地的設(shè)計(jì)、運(yùn)行管理提供了參考的經(jīng)驗(yàn)和數(shù)據(jù)。

垂直潛流，有機(jī)物，去除率

0 引言

目前，水污染已成為全社會(huì)最為關(guān)注的環(huán)境問(wèn)題之一，污水必須經(jīng)過(guò)處理，達(dá)標(biāo)后方可排放。遠(yuǎn)離市政排水管網(wǎng)鐵路中小車(chē)站生活污水處理的主要措施主要以建設(shè)生物處理為主體工藝的二級(jí)生化污水處理為主，由于二級(jí)生化污水處理的運(yùn)營(yíng)管理復(fù)雜，運(yùn)營(yíng)費(fèi)高，致使部分已建成的處理站難以正常運(yùn)行。因此，急需研究開(kāi)發(fā)投資較少，占地面積較小，運(yùn)行費(fèi)用低廉，維護(hù)管理相對(duì)簡(jiǎn)單、低耗的新技術(shù)和工藝。人工濕地具有運(yùn)行費(fèi)用低、耗能低、穩(wěn)定性好、具有脫氮除磷效果好等優(yōu)點(diǎn)目前已被許多國(guó)家廣泛關(guān)注與應(yīng)用[1]，在鐵路中小型車(chē)站污水處理方面具有較好的應(yīng)用前景。

人工濕地系統(tǒng)按水流形式可分為表面流和潛流兩種類(lèi)型[2]，通過(guò)調(diào)查，因表面流人工濕地水流在表面流動(dòng)，在氣候寒冷地區(qū)濕地表面會(huì)結(jié)冰，處理效果嚴(yán)重下降，故不適合寒冷地區(qū)采用；而潛流型人工濕地中，水流在濕地種植層表面下流動(dòng)，具有可以充分利用基質(zhì)填料生長(zhǎng)附著的生物膜、發(fā)達(dá)的植物根系和種植層土及基質(zhì)截留作用等優(yōu)點(diǎn)，且因水流在種植層下流動(dòng)，保溫效果好，處理效果受氣溫影響相對(duì)較小，衛(wèi)生條件也好，較適合于寒冷地區(qū)應(yīng)用及推廣。潛流型人工濕地可分為垂直潛流和水平潛流。垂直潛流人工濕地因水流從濕地種植層垂向流過(guò)濾料床的底部，床體處于不飽和狀態(tài)，溶解氧可通過(guò)大氣擴(kuò)散和植物傳遞進(jìn)入人工濕地基質(zhì)層。因此，垂直潛流人工濕地的硝化能力強(qiáng)于水平潛流型人工濕地，用于處理含氮濃度較高的污水具有優(yōu)勢(shì)。故本次試驗(yàn)采用垂直潛流型人工濕地作為試驗(yàn)?zāi)Ｐ汀?/p>

1 研究目的及意義

垂直流人工濕地系統(tǒng)通常應(yīng)根據(jù)污染物負(fù)荷或水力負(fù)荷來(lái)進(jìn)行設(shè)計(jì)，目前國(guó)內(nèi)外大量的人工濕地污水處理系統(tǒng)工程技術(shù)研究表明，系統(tǒng)能承受有機(jī)污染負(fù)荷及水力負(fù)荷隨污水性質(zhì)、進(jìn)水流態(tài)而變化，降低水力負(fù)荷有利于提高系統(tǒng)的處理后出水效果。因此，在滿(mǎn)足不同水質(zhì)處理標(biāo)準(zhǔn)及不同污水類(lèi)型的前提下，如何確定垂直流人工濕地系統(tǒng)應(yīng)用于處理鐵路車(chē)站生活污水最佳水力負(fù)荷、最佳污染物負(fù)荷、寒冷地區(qū)對(duì)其影響，是本次研究和解決的重要目的及意義。

2 試驗(yàn)研究?jī)?nèi)容

2.1垂直潛流濕地系統(tǒng)構(gòu)造及工藝流程

垂直潛流人工濕地在種植層已設(shè)置配水系統(tǒng)，底部設(shè)置豐字形排水系統(tǒng)，冬季不易結(jié)冰，便于濕地冬季保溫。

本實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ蜐竦亟ㄔ趯W(xué)校校園內(nèi)，濕地占地面積為80 m2，分為兩格，單格尺寸為：8.0 m×5.0 m；兩個(gè)單元分別采用不同的池深，其中Ⅰ池深1.10 m，Ⅱ池深1.30 m，以便測(cè)定池深對(duì)污水處理效果的影響；每格配有各自獨(dú)立的布水與排水系統(tǒng)，穿孔布水管設(shè)置在種植層以下0.20 m處，豐字形集水管設(shè)在濾料底部，其工藝流程如圖1所示。

2.2試驗(yàn)用水水質(zhì)

試驗(yàn)用水來(lái)自大學(xué)某生活小區(qū)生活污水，其特點(diǎn)是污染負(fù)荷較低典型生活污水水質(zhì)，水質(zhì)見(jiàn)表1。

表1 進(jìn)水水質(zhì)

3 試驗(yàn)結(jié)果及分析

本次試驗(yàn)研究從濕地建造、調(diào)試到整個(gè)人工濕地系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行后進(jìn)行相關(guān)參數(shù)分析及實(shí)驗(yàn)，通過(guò)試驗(yàn)研究，分析得出垂直流人工濕地系統(tǒng)對(duì)生活污水處理時(shí)受其季節(jié)氣溫變化、植物種類(lèi)及其生長(zhǎng)情況、運(yùn)行水力負(fù)荷及污染物負(fù)荷等。

3.1季節(jié)變化對(duì)垂直流人工濕地處理效果的影響

因季節(jié)不同室外氣溫亦不同，溫度的變化將影響垂直流人工濕地處理效果。

3.1.1試驗(yàn)條件

污水經(jīng)初沉池沉淀后直接進(jìn)入人工濕地；水力負(fù)荷為0.1 m3/(m2·d)。當(dāng)進(jìn)水CODCr負(fù)荷為150 mg/L～200 mg/L時(shí)，對(duì)應(yīng)的污染物負(fù)荷為15 g/(m2·d)～20 g/(m2·d)。

3.1.2運(yùn)行效果分析

圖2表示了試驗(yàn)?zāi)Ｐ蜐竦卦谠囼?yàn)期間出水污染物濃度隨季節(jié)變化規(guī)律，可以看出夏季各項(xiàng)出水指標(biāo)最低，而冬季出水指標(biāo)均高于其他季節(jié)。這可能是由于冬季溫度低，濕地內(nèi)植物停止生長(zhǎng)及濾料內(nèi)微生物活性也較低造成。

圖3給出了試驗(yàn)?zāi)Ｐ蜐竦匾恢苣晡廴疚锶コ试诓煌路莸淖兓?guī)律?？梢钥闯鲈?2月～次年3月期間NH3-N和TN兩項(xiàng)指標(biāo)的去除率明顯下降，而TP的去除率雖有下降但不明顯，其他各項(xiàng)指標(biāo)的去除率在全年各時(shí)間段均較高，去除率大于70%。

3.2水力負(fù)荷及污染物負(fù)荷對(duì)人工濕地處理效果的影響

進(jìn)水條件：試驗(yàn)期間進(jìn)水流量控制在6 m3/d，對(duì)應(yīng)的水力負(fù)荷為進(jìn)水CODCr濃度采用在污水中按比例添加自來(lái)水進(jìn)行稀釋調(diào)節(jié)。

運(yùn)行方式：采用了4種不同進(jìn)水CODCr濃度負(fù)荷，每15 d調(diào)節(jié)負(fù)荷一次；采用間歇進(jìn)水，每次進(jìn)水量控制在1 m3，每4 h進(jìn)水一次，進(jìn)水瞬時(shí)流量15 m3/h，濕地水位控制在最低值。

3.2.1水力負(fù)荷對(duì)人工濕地處理效果的影響

圖4,圖5表示了模型濕地出水污染物濃度及污染物去除率隨水力負(fù)荷的變化情況?？梢钥闯觯S著模型濕地進(jìn)水水力負(fù)荷的減小其出水污染物濃度各項(xiàng)指標(biāo)均明顯下降，而污染物去除率均呈上升趨勢(shì)。從圖5看出，模型濕地對(duì)SS的去除率最高，在不同負(fù)荷情況下均在80%以上；而對(duì)BOD5及COD去除率次之，在不同負(fù)荷情況下均大于70%；模型濕地對(duì)NH3-N和TN的去除率較低，在最大負(fù)荷情況下只能達(dá)到30%多一點(diǎn)；模型濕地對(duì)TP的去除率變化較大，當(dāng)水力負(fù)荷增大到0.1 m3/(m2·d)以上時(shí)其去除率快速下降，在最大負(fù)荷情況下只有40%左右。

3.2.2污染物負(fù)荷對(duì)人工濕地處理效果的影響

圖6,圖7表示了模型濕地出水污染物濃度及污染物去除率隨COD污染負(fù)荷的變化情況，可以看出，隨著模型濕地進(jìn)水COD污染負(fù)荷的減小其出水污染物濃度各項(xiàng)指標(biāo)均明顯下降，而各項(xiàng)污染物去除率的變化趨勢(shì)不一致，NH3-N和TP的去除率隨COD污染負(fù)荷的減小而有所提高，TN的去除率卻呈下降趨勢(shì)，其他各項(xiàng)指標(biāo)的去除率變化趨勢(shì)不明顯。從圖7看出，模型濕地對(duì)SS的去除率最高，在不同負(fù)荷情況下均在80%以上；而對(duì)BOD5及COD去除率次之，在不同負(fù)荷情況下均大于60%；模型濕地對(duì)NH3-N,TN和TP的去除率較低。

4 結(jié)語(yǔ)

1)隨著模型濕地進(jìn)水水力負(fù)荷的減小其出水污染物濃度各項(xiàng)指標(biāo)均明顯下降，污染物去除率均呈上升趨勢(shì)。

2)模型濕地在不同水力負(fù)荷條件下運(yùn)行時(shí)，對(duì)COD,BOD5及SS的去除率較高，基本在70%以上；而對(duì)TN,NH3-N和TP的去除率較低，基本在30%～80%之間。

3)在變水力負(fù)荷試驗(yàn)中，當(dāng)進(jìn)水水力負(fù)荷為0.10 m3/(m2·d)(對(duì)應(yīng)的COD負(fù)荷為16.4 g/(m2·d))時(shí)，出水各項(xiàng)濃度指標(biāo)均小于污染物排放標(biāo)準(zhǔn)，當(dāng)進(jìn)水水力負(fù)荷為0.15 m3/(m2·d)(對(duì)應(yīng)的COD負(fù)荷為28 g/(m2·d))時(shí)，出水COD,BOD5及TP濃度接近或略超出污染物排放標(biāo)準(zhǔn)。

4)在變COD濃度負(fù)荷試驗(yàn)中，當(dāng)進(jìn)水COD污染物負(fù)荷為18 g/(m2·d)及進(jìn)水水力負(fù)荷為0.15 m3/(m2·d)時(shí)，出水各項(xiàng)濃度指標(biāo)均小于或接近污染物排放標(biāo)準(zhǔn)，當(dāng)進(jìn)水COD污染物負(fù)荷為28 g/(m2·d)及進(jìn)水水力負(fù)荷為0.15 m3/(m2·d)時(shí)，出水COD,BOD5,NH3-N,TN及TP濃度超出了污染物排放標(biāo)準(zhǔn)。

5)綜合變水力負(fù)荷試驗(yàn)與變COD濃度負(fù)荷試驗(yàn)結(jié)果，當(dāng)進(jìn)水水力負(fù)荷小于0.1 m3/(m2·d)和進(jìn)水COD負(fù)荷為18 g/(m2·d)時(shí)，出水各項(xiàng)指標(biāo)低于污染物排放標(biāo)準(zhǔn)。

[1] 張健美.人工濕地污水處理技術(shù)[J].污染防治技術(shù)，2010,23(5):99.

[2] Hans brix use of constructed wetland in water pollution control historical development, present status, and futrueerspedtives[J]. Wat Sci Tech,1994,30(8):209-223.

[3] J.M.Amezaga, L.Santamaria, A.J.Green. Biotic wetland connectivity-supporting a new approach for wetland policy[J]. international journal of ecology,2002(23):213-222.

[4] 朱 彤,許振成,故康萍.人工濕地污水處理系統(tǒng)應(yīng)用研究[J].環(huán)境科學(xué)研究,1991,4(5):17-22.

[5] 張虎成,俞穆清,田 衛(wèi).人工濕地生態(tài)系統(tǒng)中氮的凈化機(jī)理及其影響因素研究進(jìn)展[J].干旱區(qū)資源與環(huán)境,2004,7(4):163-167.

Studyonverticalflowconstructedwetlandfortreatmentofrailwaystationdomesticsewage

WangMaoyu

(LanzhouRailwayDesignInstituteCo.,Ltd,Lanzhou730000,China)

The pretreatment and vertical flow artificial wetland group technology combined sewage treatment, through the combined process of constructed wetland in different seasons, the running effect of hydraulic loading, pollution load and other operating parameters analysis system for COD, BOD5, TP, TN, SS of the treatment effect, the results show that the vertical flow wetland system had removal rate very high on COD, BOD5, SS, provides reference experience and data for the design of railway station, vertical flow artificial wetland management.

vertical-flow undercurrents, organic substance, removal rate

X703.1

A

1009-6825(2017)26-0125-02

2017-07-05

王茂玉(1963- )，男，高級(jí)工程師