2008年12月CHINAWATER&WASTEWATERDec.2008
不同人工湿地对微污染原水处理效果的研究
修春海, 于水利, 李 玲
(哈尔滨工业大学市政环境工程学院,黑龙江哈尔滨150090) 摘 要: 采用人工湿地预处理微污染黄河原水,分别研究了推流式潜流人工湿地、往复式潜流人工湿地、芦苇床表流人工湿地、蒲草床表流人工湿地对总氮和COD的去除效果。结果表明,推流式人工湿地和往复式人工湿地对总氮和硝态氮的去除效果无明显差别,但去除率要低于表流人工湿地。蒲草床表流人工湿地对总氮和硝态氮的平均去除率分别为84.33%和76.32%,去除效果好于芦苇床表流人工湿地。各人工湿地对COD的去除率在30%～65%之间,不同人工湿地对COD的去除效果差别不明显。人工湿地处理微污染黄河原水的效果明显,出水水质可满足城市供水水源水质标准的要求。 关键词: 微污染黄河原水; 人工湿地; 潜流; 表流
中图分类号:TU991 文献标识码:C 文章编号:1000-4602(2008)23-0064-04
DifferentConstructedWetlandsforTreatmentofMicro2pollutedRawWater
XIUChun2hai, YUShui2li, LILing
(SchoolofMunicipalandEnvironmentalEngineering,HarbinInstituteofTechnology,Harbin
150090,China)
Abstract: Fourkindsofconstructedwetlands,includingplug2flowsubsurfaceconstructedwet2land,to2and2frosubsurfaceconstructedwetland,surface2flowconstructedwetlandswithreedandcattail,wereconstructedtotreatmicro2pollutedrawwaterfromYellowRiver.TheremovalefficienciesofTNandCODwereinvestigated.Theresultsshowthattheplug2flowsubsurfaceconstructedwetlandandto2and2frosubsurfaceconstructedwetlandhavenoobviousdifferenceinremovalofTNandnitratenitrogen.Thetreatmentefficiencyofsubsurfaceconstructedwetlandsislowerthanthatofsurface2flowconstructedwet2lands.TheremovalratesofTNandnitratenitrogeninsurface2flowconstructedwetlandwithcattailare84.33%and76.32%respectively,whichisbetterthanthoseinsurface2flowconstructedwetlandwithreed.FourkindsofwetlandshavetheCODremovalrateof30%to65%withoutobviousdifference.Theconstructedwetlandshaveanobviouspurificationformicro2pollutedrawwaterfromYellowRiver,theef2fluentcansatisfythewaterqualitystandardforthecitywatersupplysource.
Keywords: micro2pollutedrawwaterfromYellowRiver; constructedwetland; subsurface2flow; surface2flow
人工湿地作为一种成本低、效果好,同时兼具景
观功能的水处理技术,多年来一直被用于处理城市污水、工业废水及水体修复和控制面源污染,而有关利用人工湿地处理微污染原水的研究并不多。济南市在2000年建成了以黄河为水源的玉清
湖水库,由于受黄河上游污染的影响,入库水的水质较差,有时总氮超标6倍,COD超标2倍,达不到
(GB3838—2002)的Ⅲ类《地表水环境质量标准》
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www.watergasheat.com修春海,等:不同人工湿地对微污染原水处理效果的研究第24卷 第23期
标准要求。笔者采用人工湿地预处理该微污染原水,以期为实际工程提供技术支持。
中氮的组成(数据为平均值)。
表1 进水与各系统出水的氮组成分析
Tab.1 Nitrogencompositionininfluentandeffluent
TN/
(mg・浓度/比例浓度/比例浓度/比例
(mg・(mg・(mg・-1
L)/%/%/%-1-1-1
L)L)L)3.722.862.77
0.5414.43.1584.80.03
0.8
0.4716.32.3983.50.0060.20.4717.12.2782.10.0220.8NH4-N
+
试验装置及方法1
111 试验装置
NO3-N
-
NO2-N
-
针对黄河原水的污染特点建设小型人工湿地,
通过对不同类型湿地的试验研究,摸索人工湿地对微污染原水中污染物的去除效果和规律,找出改善水库水质从而提高城市供水水质的工艺方案。
于玉清湖水库的沉砂池附近,针对水库污染情况设计了四种不同的人工湿地,分析各湿地对氮和COD的去除效果。
砾石—芦苇推流式潜流人工湿地:从下往上依次为0.3m砾石(粒径为5.17cm)、0.3m覆土,孔隙率为49%,有效水深为0.6m,长×宽=6.00m×1.55m。
砾石—芦苇往复式潜流人工湿地:从下往上依次为0.3m砾石(粒径为5.17cm)、0.3m覆土,孔隙率为49%,有效水深为0.6m,长×宽=6.00m×1.55m。
芦苇床表流人工湿地:有效尺寸为16.10m×5.66m×0.15m。蒲草床表流人工湿地:有效尺寸为16.15m×5.72m×0.20m。
原水由一台25ZB-45-0.75型自吸泵从沉砂池后端抽取分别供给四个湿地系统。潜流人工湿地于2005年6月18日开始运行,12月8日结束,其中6月18日—9月28日的进水流量为75L/h;9月28
项 目
进水推流出水往复出水 从表1可以看出:湿地系统进、出水中的氮主要
--以NO3-N形式存在;对NO3-N的去除率较高,说明湿地中反硝化作用很强;进、出水中NO2-N的含量波动较大,呈现不稳定状态;进、出水中的NH4-N含量大致相等,说明人工湿地对NH4-N
+
+-
的去除很有限,系统内硝化作用较弱,以反硝化为主。21112 各湿地系统的脱氮效果比较
各湿地系统的脱氮效果如图1、2所示。
日—11月3日的进水流量为120L/h;11月3日—
12月8日的进水流量为80L/h。表流人工湿地于7月28日开始运行,12月8日结束,其中芦苇床进水流量为100L/h,蒲草床进水流量为133L/h。2006年,湿地系统自5月运行至12月。
设计进水TN=4mg/L、COD=40mg/L,设计出水TN=1mg/L、COD=20mg/L。112 分析项目与方法
+
分析项目包括各系统进、出水的pH、NH4-N、NO3-N、NO2-N、TN、TP、COD等,均采用国家标
--
图1 各湿地系统对总氮的去除效果比较
Fig.1 ComparisonofTNremovalamongvariouswetlands
准方法测定。
2 结果与分析211 脱氮效果21111 氮的组成分析
图2 各湿地系统对硝态氮的去除效果比较
Fig.2 Comparisonofnitratenitrogenremovalamongvarious
wetlands
表1列出了进水及不同潜流人工湿地系统出水
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从图1、2可以看出,四种人工湿地对总氮和硝
第24卷 第23期 中国给水排水 www.watergasheat.com
态氮的去除规律基本一致,其中两种潜流人工湿地对总氮和硝态氮的去除率差别不大,而且都明显低于表流人工湿地的去除率,潜流人工湿地对总氮和硝态氮的去除率一般低于50%。表流人工湿地对氮的去除效果好于潜流人工湿地的原因是表流人工湿地中的植物生长茂盛,根系发达,根系层附着的生物膜量超过潜流的,再加上水面的浮萍,使得表流人工湿地的微生态结构更为完善,因此反硝化作用较强,脱氮效果更好。
蒲草床表流人工湿地对总氮、硝态氮的月平均去除率分别可达84.33%、76.32%。芦苇床表流人工湿地出水的总氮平均值为1.42mg/L,而蒲草床人工湿地出水的为0.99mg/L,显然蒲草床表流人工湿地的去除效果更好。两表流人工湿地系统的硝化、反硝化作用相差不大,而造成氮的去除差距的主要原因是植物的吸收作用。从现场的情况来看,蒲草的长势要远好于芦苇,而且其种植密度也比芦苇大,所以蒲草床表流人工湿地出水的总氮含量略低,去除效果较好。
表流人工湿地从运行一开始对总氮就有很高的去除率,夏、秋季节在原水总氮为4.1mg/L时,出水总氮基本上维持在1mg/L以下。分析其原因为:表流人工湿地是在经过一个月左右的试运行后才开始采样化验的,湿地基本保持有水状态,这对湿地系统中菌种的形成和繁殖很有利,待正式运行后,系统中已经形成的硝化、反硝化细菌开始起作用;此外,表流人工湿地的进水负荷较低,有足够的时间进行硝化和反硝化反应,所以整个系统对总氮的去除率较高。
试验中,8、9、10月份表流人工湿地对总氮、硝态氮的去除率均维持在较高的水平,出水总氮基本在1mg/L左右。而潜流人工湿地对氮的高效去除主要集中在8月和9月,10月份以后气温降低,对氮的去除率也开始下降,这是因为人工湿地的脱氮作用主要是通过微生物的分解代谢和植物的吸收作用实现的,而植物的生长发育与微生物的新陈代谢等生命活动受温度的影响较大。
要提高人工湿地的脱氮效率,就必须促进反硝化反应的进行,当进水氨氮含量较高时,硝化作用的快慢是影响反硝化作用的主要因素。改善湿地系统硝化作用的方式是提高系统中溶解氧的含量,在试
验和生产中可以考虑采用人工曝气增氧来提高人工湿地的预处理效果,以适应处理大规模水量的需要。212 对COD的去除效果
试验期间,往复式人工湿地和推流式人工湿地对COD的去除效果分别如图3、4所示。
图3 往复式人工湿地对COD的去除效果
Fig.3 CODremovalbyto2and2froconstructedwetland
图4 推流式人工湿地对COD的去除效果
Fig.4 CODremovalbyplug2flowconstructedwetland
在进水COD为24～40mg/L、水力负荷为4m/d的情况下,两套系统出水的平均COD分别为16.6和17.2mg/L,无明显差别。推流式人工湿地对COD的去除率在30%～65%之间波动,往复式人工
湿地对COD的去除率为33%～60%。在采用人工湿地处理生活污水和其他废水时,对有机物的去除率一般在80%～90%,但对于微污染原水,由于系统的水力停留时间短,有机物浓度较低且难以降解,故去除率稍低。但出水COD基本维持在20mg/L以下,符合《地表水环境质量标准》(GB3838—2002)的Ⅲ类标准。
结论3
① 各人工湿地系统对氮的去除主要体现在对硝态氮的去除,对亚硝态氮的去除作用有限且不稳
(下转第71页)
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www.watergasheat.com李 捷,等:厌氧氨氧化工艺处理低氨氮污水的影响因素研究第24卷 第23期
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电话:(020)39883099
E-mail:hitlijie@163.com
收稿日期:2008-07-17
(上接第66页)
定。推流式人工湿地和往复式人工湿地对总氮和硝态氮的去除率无明显差别,潜流人工湿地的处理效率低于表流人工湿地。
② 蒲草床表流人工湿地对总氮和硝态氮的平均去除率分别为84.33%和76.32%,效果优于芦苇床表流人工湿地。
③ 人工湿地对COD的去除效果比较稳定,去除率在30%～65%之间,不同人工湿地对COD去除效果的差别不明显。参考文献:
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E-mail:xiuchunhai@126.com
收稿日期:2008-06-20
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