人工濕地深度處理污水處理廠二級(jí)出水試驗(yàn)研究.pdf

1、隨著社會(huì)和經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人們對(duì)環(huán)境尤其水環(huán)境的要求越來(lái)越高。當(dāng)前水環(huán)境污染是我國(guó)面臨的最主要環(huán)境問(wèn)題。為應(yīng)對(duì)水環(huán)境污染，近二十年來(lái)，國(guó)家和地方政府投資興建了大量的污水處理廠，這些污水處理廠的運(yùn)行，對(duì)于改善我國(guó)的水環(huán)境狀況起到非常大的作用。但是，由于很多早期建設(shè)的污水處理廠采用二級(jí)生物處理，其處理出水無(wú)法滿足新排放標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)氮磷指標(biāo)的要求，而氮磷是造成水體富營(yíng)養(yǎng)化的主要原因。為保證水廠出水指標(biāo)符合新排放標(biāo)準(zhǔn)要求，就必須對(duì)工藝較老的污水處理廠進(jìn)

2、行工藝改造。改造方式一般為在二級(jí)生物處理后增加深度處理單元。人工濕地作為一種新型生態(tài)處理方式，具有管理簡(jiǎn)單，運(yùn)行費(fèi)用低，實(shí)用性強(qiáng)的特點(diǎn)，研究人工濕地作為城市污水處理廠深度處理單元具有非常重要的意義。
　　 本課題通過(guò)對(duì)濕地基質(zhì)，植物及運(yùn)行方式進(jìn)行試驗(yàn)研究，針對(duì)水中COD、NH4+-N、NO-2-N、NO-3-N、TP等指標(biāo)，考察人工濕地處理污水處理廠二級(jí)出水的實(shí)際效果。試驗(yàn)期間，在山東建筑大學(xué)污水處理站建設(shè)人工濕地中試現(xiàn)場(chǎng)，作為

3、原污水處理站的深度處理單元，處理二級(jí)出水。經(jīng)測(cè)定，原有工藝二級(jí)出水COD值為88.5-103.5 mg/L、NH4+-N值為14.8-20.2 mg/L、TP值為1.71-3.06 mg/L。這幾項(xiàng)指標(biāo)均高于《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB18918-2002)一級(jí)A的要求。建設(shè)后的人工濕地從2010年初開(kāi)始運(yùn)行至2012年年底，通過(guò)三年的連續(xù)運(yùn)行，取得較好的處理效果，出水指標(biāo)中COD值小于50 mg/L、NH4+-N值小于5 m

4、g/L、TP值小于0.5 mg/L均優(yōu)于一級(jí)A的排放標(biāo)準(zhǔn)要求。在課題研究期間，取得如下結(jié)果:
　　 (1)優(yōu)選了構(gòu)建人工濕地的基質(zhì)，揭示了其吸附機(jī)制。通過(guò)對(duì)磷的吸附、解吸試驗(yàn)以及性能測(cè)試，發(fā)現(xiàn)頁(yè)巖陶粒具有對(duì)磷的吸附性能較好，其對(duì)磷的解吸率較低，機(jī)械強(qiáng)度較高，破損率低，比表面積大等特點(diǎn)，因此選擇頁(yè)巖陶粒作為人工濕地的基質(zhì)，對(duì)頁(yè)巖陶粒進(jìn)行掃描電鏡及能譜分析，闡述了頁(yè)巖陶粒的物理特性和化學(xué)特性，證明了頁(yè)巖陶粒對(duì)磷的吸附能力強(qiáng)與其表面微

5、孔結(jié)構(gòu)及含有的金屬元素有關(guān);
　　 (2)優(yōu)選了構(gòu)建人工濕地的植物，揭示了常見(jiàn)濕地植物根際微生物的分布規(guī)律。在山東省南四湖大型濕地選擇五種最常見(jiàn)的植物蘆葦、蘆竹、香蒲、三棱草、蓑衣草，采用變性梯度凝膠電泳法(DGGE)分析五種植物根際所含微生物及其與周圍環(huán)境之間的關(guān)系，試驗(yàn)結(jié)果顯示，五種植物根際土壤所含微生物數(shù)量多少關(guān)系為蘆竹＞蘆葦＞香蒲＞三棱草＞蓑衣草;利用Quantity One軟件對(duì)DGGE圖譜進(jìn)行進(jìn)化樹(shù)分析，發(fā)現(xiàn)蘆葦、香

6、蒲、蘆竹三種植物的根際土壤所含微生物親緣性比較接近，且其根際微生物已具有明顯的脫氮、除磷功能。通過(guò)試驗(yàn)結(jié)果，選擇上述前三種植物作為本研究的人工濕地的種植植物;
　　 (3)通過(guò)實(shí)驗(yàn)室模擬人工濕地試驗(yàn)，初步確定了水力停留時(shí)間(HRT)和溶解氧(DO)對(duì)濕地處理效果的影響，初步研究了溶解氧濃度對(duì)氨氮去除的影響規(guī)律。結(jié)果顯示，當(dāng)HRT為5天時(shí)，其COD的去除率分別比HRT為1天、2天時(shí)高41.2％和20.1％，當(dāng)HRT為7.5天時(shí)，其

7、COD去除率僅比5天時(shí)增加5.2％;當(dāng)HRT=5天時(shí)，TP去除率分別比HRT為1天、2天時(shí)高38.2％和18.1％，當(dāng)HRT為7.5天時(shí)，其TP去除率僅比5天時(shí)增加4.3％;氨氮去除率也呈現(xiàn)相近關(guān)系，綜合考慮進(jìn)水負(fù)荷及運(yùn)行效率，初步確定HRT為5天，處理效率較高;
　　 (4)試驗(yàn)考察了DO濃度對(duì)NH4+-N去除率的影響，發(fā)現(xiàn)在不同DO濃度下，NH4+-N的轉(zhuǎn)化規(guī)律。當(dāng)DO濃度較低（低于1.5 mg/L）時(shí)，NH4+-N的去除是

8、因?yàn)槌嘶|(zhì)吸附的原因外，大部分NH4+-N轉(zhuǎn)化為NO-2-N，亞硝酸鹽累積率達(dá)到70％以上，證明濕地池體內(nèi)存在著明顯的短程硝化過(guò)程，當(dāng)DO濃度大于1.5 mg/L時(shí)，NH4+-N大部分轉(zhuǎn)化為NO-3-N，亞硝酸鹽累積率降到40％以下，NH4+-N的去除主要是硝化作用;
　　 (5)研究了陶粒表面生物膜生物量生長(zhǎng)規(guī)律，闡明了該陶粒高吸附性能的原因。試驗(yàn)結(jié)果表明，陶粒表面生物量與DO濃度有很好的相關(guān)關(guān)系，生物膜與頁(yè)巖陶粒之間具有很

9、強(qiáng)的吸附作用，根據(jù)能譜分析，陶粒表面具有豐富的金屬離子，生物膜中的蛋白和腐殖酸等物質(zhì)易于和Ca、Mg等二價(jià)離子結(jié)合，而多糖易于和K、Na等低價(jià)離子結(jié)合形成聚體，因此具有很強(qiáng)的吸附性能，這種強(qiáng)吸附特性對(duì)于減緩由于生物膜脫落而造成濕地堵塞有很大作用;
　　 (6)考察了人工濕地種植三種植物蘆葦、蘆竹和香蒲對(duì)氮磷的吸收能力以及植物不同部位氮磷含量，試驗(yàn)結(jié)果顯示，蘆竹對(duì)氮磷的吸收能力最強(qiáng)，但三種植物吸收能力無(wú)顯著差別;通過(guò)對(duì)植物不同部位

10、氮磷含量分析，發(fā)現(xiàn)N含量遵循著葉＞根＞莖的規(guī)律;而P在不同組織中含量依次為根＞葉＞莖;植物中氮的含量(7.17-37.14 mg/g)要明顯高于磷的含量(2.28-5.28 mg/g)，試驗(yàn)結(jié)果還顯示蘆葦根系的輸氧能力最強(qiáng);
　　 (7)考察了人工濕地中試現(xiàn)場(chǎng)長(zhǎng)期運(yùn)行過(guò)程中物質(zhì)的積累情況，通過(guò)測(cè)定池體內(nèi)水力滲透系數(shù)及總固體和揮發(fā)性固體，長(zhǎng)期運(yùn)行后，水力滲透系數(shù)下降14.7％，池體前部總固體累積為4.72 kg/m2，后部為4.1

11、9 kg/m2。證明所構(gòu)建的人工濕地在長(zhǎng)期運(yùn)行后沒(méi)有發(fā)生明顯堵塞現(xiàn)象，前部的物質(zhì)積累要高于中后部，多數(shù)的懸浮物質(zhì)在濕地池體的前部去除。進(jìn)一步驗(yàn)證了輪休是延緩濕地堵塞的有效方式。結(jié)合人工濕地運(yùn)行出水主要污染物指標(biāo)情況，得出結(jié)論:采用人工濕地作為污水處理廠的深度處理單元，在運(yùn)行三年后，仍然具有很好的處理效率，從2010年初運(yùn)行至2012年底，在每年4月至10月的運(yùn)行中，出水COD、NH4+-N、TP等指標(biāo)均優(yōu)于《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)