不同基質(zhì)垂直流人工濕地處理豬場(chǎng)污水效果研究

不同基質(zhì)垂直流人工濕地處理豬場(chǎng)污水效果研究

人工濕地建設(shè)成本高、高度低.我國(guó)人工濕地在工業(yè)目前，大型養(yǎng)豬場(chǎng)的廢水處理存在兩個(gè)問題：高處理成本和高處理難度（難以達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)排放）。迫切需要操作簡(jiǎn)單、操作有效、管理方便的處理方法和設(shè)備。建成的濕式肥具有效率高、效率高、易于管理等特點(diǎn)。廣泛用于國(guó)外的工業(yè)廢水和生活廢水處理。外部環(huán)境1.1直流濕地小試系統(tǒng)選用基質(zhì)為碎石、沸石(產(chǎn)自浙江縉云)和鍋爐房煤渣,粒徑均為4～8mm.裝置設(shè)計(jì):垂直流濕地小試系統(tǒng)(圖1)尺寸為0.5m×0.5m×0.7m,粒徑從下到上逐漸減小.為對(duì)比實(shí)驗(yàn)結(jié)果,設(shè)置3個(gè)平行反應(yīng)器,分別為傳統(tǒng)型、沸石型、沸石-煤渣型反應(yīng)器.反應(yīng)器均由細(xì)沙層、基質(zhì)層、礫石層3部分組成,反應(yīng)器內(nèi)種植黑麥草作濕地植物(播種量20g·m1.2試驗(yàn)系統(tǒng)及運(yùn)行條件人工濕地系統(tǒng)從夏季開始啟動(dòng),至秋季馴化結(jié)束,進(jìn)入正常運(yùn)行.采自校區(qū)某試驗(yàn)?zāi)翀?chǎng)的豬場(chǎng)污水先由上流式水解酸化反應(yīng)器預(yù)處理,停留6h后,出水經(jīng)沉淀后再由PLC時(shí)控器控制的進(jìn)水泵泵入人工濕地.經(jīng)水解酸化的豬場(chǎng)污水COD系統(tǒng)馴化及運(yùn)行:對(duì)系統(tǒng)分4個(gè)不同稀釋倍數(shù)階段進(jìn)水,由10倍(夏季Ⅰ)、5倍(夏季Ⅱ)、4倍(夏季Ⅲ)、2倍(秋季Ⅳ)逐步提升負(fù)荷,最終達(dá)到高污染負(fù)荷Ⅳ階段(秋季)即模擬實(shí)際工程運(yùn)行中回流比為1∶1的進(jìn)水方式.正常化運(yùn)行從污染負(fù)荷提升的最后階段秋季開始,經(jīng)過冬季至2005年初夏6月結(jié)束.整個(gè)試驗(yàn)歷時(shí)12個(gè)月.運(yùn)行參數(shù):為使3個(gè)反應(yīng)器有對(duì)比性,采用恒定的運(yùn)行條件.負(fù)荷提升階段和正?；\(yùn)行階段水力負(fù)荷為7.5cm·d試驗(yàn)地點(diǎn)及氣溫條件:試驗(yàn)在浙江大學(xué)華家池校區(qū)(杭州市)內(nèi)進(jìn)行,各運(yùn)行階段氣溫(平均日最低溫度值與平均日最高溫度值范圍)及水溫變化范圍見表2.季節(jié)劃分參照試驗(yàn)?zāi)攴莺贾輰?shí)際氣溫變化進(jìn)行.1.3硝化和反硝化強(qiáng)度分析1.3.1基質(zhì)硝化強(qiáng)度測(cè)定于3個(gè)反應(yīng)器上層10cm、中層20cm、30cm和下層40cm分別取樣,準(zhǔn)確稱取100g基質(zhì)置于250mL三角瓶中,加入100mL培養(yǎng)液,用脫脂棉塞住瓶口,25℃恒溫振蕩24h后測(cè)定硝態(tài)氮濃度(=(式中,1.3.2基質(zhì)硝化強(qiáng)度測(cè)定為了反映垂直流人工濕地系統(tǒng)基質(zhì)反硝化能力,于3個(gè)反應(yīng)器上層10cm、中層20cm、30cm和下層40cm分別取樣,準(zhǔn)確稱取100g基質(zhì)置于250mL廣口塑料瓶中,加入100mL反硝化培養(yǎng)液,蓋住瓶口,外套黑色塑料布,25℃恒溫密封避光靜置24h,測(cè)定硝態(tài)氮濃度(=(式中,1.4水質(zhì)測(cè)試系統(tǒng)模擬的人工濕地系統(tǒng)在特定運(yùn)行階段運(yùn)行一段時(shí)間后,連續(xù)收集8～10周期(每周期4d,每4d取樣1次)進(jìn)水和出水水樣進(jìn)行水質(zhì)測(cè)試,并以水質(zhì)測(cè)試結(jié)果的平均值表示系統(tǒng)在該階段處理效果.各階段污染物去除率根據(jù)進(jìn)出水平均濃度計(jì)算.水質(zhì)測(cè)試項(xiàng)目包括COD貴2.1濕地有機(jī)物降解動(dòng)力學(xué)模型垂直流人工濕地各季節(jié)去除有機(jī)污染物效果見圖2.啟動(dòng)階段結(jié)束后,人工濕地進(jìn)水污染負(fù)荷比較穩(wěn)定,COD垂直流人工濕地啟動(dòng)馴化階段、正常運(yùn)行各季節(jié)的有機(jī)物降解情況可用一級(jí)動(dòng)力學(xué)模型模擬(一級(jí)模型方程:==式中,方程(3)兩邊取對(duì)數(shù)得:ln對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)按方程(5)進(jìn)行擬合后所得回歸方程、參數(shù)見表3和圖3.2.2NH在正常運(yùn)行階段,各濕地進(jìn)水NH2.3基質(zhì)的硝化反硝化強(qiáng)度圖5表示了垂直流人工濕地系統(tǒng)從啟動(dòng)至正常運(yùn)行過程中,TN去除率在不同季節(jié)變化的情況.不同基質(zhì)的3個(gè)人工濕地系統(tǒng)在各季節(jié)對(duì)TN的去除效率差異也很明顯.與NH濕地系統(tǒng)運(yùn)行1a后,在2005年6月10日對(duì)3個(gè)垂直流系統(tǒng)的不同高度層基質(zhì)的硝化反硝化強(qiáng)度進(jìn)行了分析測(cè)定和比較,結(jié)果見表4.由表4可知,3種基質(zhì)系統(tǒng)中,沸石-煤渣型系統(tǒng)各高度層硝化強(qiáng)度均為最高,傳統(tǒng)型次之,沸石型系統(tǒng)硝化強(qiáng)度最弱.而從反硝化強(qiáng)度數(shù)據(jù)可知,沸石型和沸石煤渣型系統(tǒng)的各高度層反硝化強(qiáng)度均高于傳統(tǒng)型系統(tǒng),而其中沸石型系統(tǒng)又略優(yōu)于沸石-煤渣型系統(tǒng).2.4tp的去除效果由圖6可見各反應(yīng)器對(duì)TP的去除能力逐漸下降,季節(jié)性變化對(duì)TP去除率影響不是很大.隨反應(yīng)器運(yùn)行,基質(zhì)層對(duì)TP的去除效率下降明顯.沸石型反應(yīng)器TP去除能力最差,而沸石-煤渣型反應(yīng)器TP去除率下降幅度相對(duì)較小.子宮3.1在線入流濃度對(duì)去除率的影響垂直流人工濕地對(duì)有機(jī)物的去除隨季節(jié)變化并不顯著,并可用一級(jí)動(dòng)力學(xué)模型進(jìn)行模擬.根據(jù)一級(jí)模型方程(4),理論上的去除率沒有極限,只要入流濃度或流量增加,去除率也會(huì)相應(yīng)增加,但實(shí)際上在傳統(tǒng)的污水處理設(shè)施和工藝中都會(huì)出現(xiàn)隨入流濃度持續(xù)增加,系統(tǒng)去除率因受系統(tǒng)固有的處理能力限制不再增加的現(xiàn)象(3.2NH圖4表明,傳統(tǒng)型對(duì)NH春、夏季,采用沸石作為基質(zhì)的2個(gè)系統(tǒng)的NH3.3沸石型和沸石型系統(tǒng)的反硝化強(qiáng)度差異濕地系統(tǒng)TN的去除在啟動(dòng)初期(夏季Ⅰ、Ⅱ階段)主要通過基質(zhì)對(duì)顆粒態(tài)有機(jī)氮的截留,對(duì)銨態(tài)氮、硝態(tài)氮的離子交換和吸附來實(shí)現(xiàn).隨系統(tǒng)的進(jìn)一步運(yùn)行,濕地基質(zhì)生物膜逐漸形成,系統(tǒng)對(duì)TN的去除效率開始穩(wěn)定增強(qiáng)(夏季Ⅲ—秋季).正常運(yùn)行階段不同基質(zhì)系統(tǒng)TN去除表現(xiàn)出的季節(jié)性差異可能有以下原因:①受冬季較低的環(huán)境溫度影響(最低運(yùn)行溫度小于0℃),反硝化作用受到強(qiáng)烈抑制,造成TN去除率降低(垂直流系統(tǒng)內(nèi)的反硝化實(shí)際上是有機(jī)污染物和NO3個(gè)系統(tǒng)中基質(zhì)的硝化、反硝化強(qiáng)度分析顯示,傳統(tǒng)型系統(tǒng)的硝化強(qiáng)度,尤其是其表層的硝化強(qiáng)度優(yōu)于沸石型系統(tǒng),而沸石-煤渣型系統(tǒng)各高度層硝化強(qiáng)度均最強(qiáng).其中可能的原因是:①沸石型系統(tǒng)采用較大粒徑沸石(4～8mm),較大的粒徑雖然能夠避免短期運(yùn)行中造成的系統(tǒng)堵塞,但也使微生物可附著生長(zhǎng)的比表面積大大下降.這是由于沸石雖然具有多孔性特點(diǎn),但其孔隙比較小,適合作為分子篩,卻不利于大量微生物的生長(zhǎng)繁殖(煤渣孔隙直徑較大,易于微生物附著生長(zhǎng)).②沸石型系統(tǒng)對(duì)污水中NH不同基質(zhì)系統(tǒng)的硝化、反硝化強(qiáng)度與其系統(tǒng)內(nèi)的氧化還原條件,以及基質(zhì)孔隙率也有一定關(guān)系,3個(gè)不同基質(zhì)構(gòu)成系統(tǒng)的孔隙率分別為傳統(tǒng)型45%、沸石型36.5%、沸石-煤渣型46.5%.因此,系統(tǒng)運(yùn)行中的供氧效率應(yīng)為沸石-煤渣型最佳,傳統(tǒng)型次之,最后是沸石型.較好的供氧效率保證了沸石-煤渣型和傳統(tǒng)型系統(tǒng)內(nèi)硝化強(qiáng)度較好,同樣,較低的供氧效率利于沸石型系統(tǒng)形成較佳的反硝化所需要的缺氧環(huán)境,保證了其較強(qiáng)的反硝化強(qiáng)度.表4反硝化強(qiáng)度檢測(cè)數(shù)據(jù)表明,沸石型和沸石煤渣型系統(tǒng)的反硝化能力明顯優(yōu)于傳統(tǒng)型系統(tǒng),而沸石型系統(tǒng)又略優(yōu)于沸石-煤渣型系統(tǒng)(兩系統(tǒng)各高度層反硝化強(qiáng)度差別不大).與實(shí)際運(yùn)行過程TN去除率變化吻合.因此,采用沸石作為基質(zhì)利于系統(tǒng)內(nèi)反硝化的進(jìn)行,有助于提高TN的去除力.3.4微生物的去除途徑垂直流人工濕地系統(tǒng)磷的去除作用中化學(xué)吸附沉淀與微生物的同化作用為磷的主要去除途徑(貢獻(xiàn)率50%～65%),其它如植物攝取作用等僅占小部分(tn的去除效果1)垂直流人工濕地隨季節(jié)變化對(duì)有機(jī)污染物的去除效果差異并不顯著.垂直流人工濕地不同處理階段及季節(jié)的有機(jī)物降解情況,可用一級(jí)動(dòng)力學(xué)降解模型模擬.本試驗(yàn)中,在進(jìn)水COD2)傳統(tǒng)型垂直流人工濕地NH3)秋季至冬季,沸石型和沸石-煤渣型濕地系統(tǒng)的TN脫除率下降幅度明顯,分別從75.2%、61.7%降至44.0%、37.5%.傳統(tǒng)型濕地由秋季22.7%降至14.8%.TN去除效率的降低與冬季垂直流人工濕地系統(tǒng)中較弱的硝化與反