垂直流人工湿地系统工程的污染物净化效率研究刘家宝1,2,唐晓斌1,莫凤鸾3(1.中国地质大学,北京 100083;2.深圳市宝安区环境保护局,广东深圳 518101;3.深圳市环境科学研究所,广东深圳 518001)摘要:将传统污水处理技术与人工湿地工艺相结合,通过将强化型前处理系统引入到高效垂直流人工湿地水质净化系统,从而提高了人工湿地的处理效率。
9个月的实际运行证明,该预处理装置的设置降低了湿地负荷,提高了人工湿地对污水的净化效率,特别是对有机污染物有较好的去除效果。
改良后的湿地系统对合流制污水污染物净化具有良好效果,且运行成本低,适用于土地资源比较丰富、资金紧张的地区。
关键词:垂直流人工湿地;污水净化效率;净化机理中图分类号:X 703 文献标识码:A 文章编号:1001-6929(2005)06-0068-04Study on Wa stewater Purification E fficiency of VerticalFlow Constructed Wetland SystemsLI U Jia 2bao1,2,T ANG X iao 2bin 1,M O Feng 2luan3(1.China University of G eosciences ,Beijing 100083,China ;2.Environmental Protection Bureau of Baoan ,Shenzhen 518101,China ;3.Shenzhen Institute of Environmental Science ,Shenzhen 518001,China )Abstract :Artificial wetland was applied in combination with traditional wastewater treatment technology ,and an intensified pre 2treatment system was introduced to high 2efficiency vertical flow constructed wetland s o as to improve the wetland treatment.Through 9m onths of running ,it had been proved that the pretreatment setting declined the pollutant am ount into the wetland ,and increased the wastewater purification efficiency.The improved wetland system had the satis factory purification effect on con fluence sewage ,and the cost was rather low.S o the treat system is suitable to the areas which have relatively rich land but fewer funds.K ey w ords :vertical flow constructed wetland ;wastewater purification efficiency ;treatment mechanisms收稿日期:2004-11-21作者简介:刘家宝(1959-),男,江西南昌人,博士研究生. 人工湿地作为一种低投资、低能耗、低处理成本和具有氮磷去除功能的废水生态处理技术,已逐渐被世界各国所接受。
在欧洲和北美,数以千计的天然湿地和人工湿地被广泛应用于处理多种废水,其中包括城市污水、工业废水、农业径流、城市暴雨、填埋场沥滤液和矿山酸性排水[1-3]。
垂直下行流芦苇床被认为是废水净化的可靠天然处理系统,由于其具有优良的氧转移特性[4],可用于处理氨氮含量较高的污水,如城市污水等。
目前,世界各国都投入了大量精力以改良人工湿地技术,并将一些传统污水处理技术引入人工湿地。
笔者采用了前处理系统(水解酸化)与深圳市环境科学研究所专有技术“高效垂直流人工湿地”联合使用,经过9个月的运行,对高效垂直流人工湿地的污染物净化效率进行研究。
1 石岩人工湿地工程111 工程概况石岩水库是深圳市宝安区的主要饮用水源之一。
随着工业的发展和人口数量的增加,导致大量的生产废水和生活污水排入石岩河并流入石岩水库,使石岩水库的水质日益恶化。
黄家庄溪是石岩河下游最大的支流,在旱季该河河水几乎完全是污水。
石岩人工湿地污水处理规模为115×104t Πd ,可保证该条支流旱季污水全部被截流,经湿地系统处理后再排入石岩水库。
湿地占地面积214×104m 2,湿地系统分为8组,每组湿地池的面积约为3000m 2,湿地池中种有多种湿地植物,填料为不同的砂砾级配和特殊湿地填料,湿地填料高度均为112m 。
布水由PVC 穿孔管在填料表面下10cm 处均匀喷洒,填料底部设PVC 穿孔集水管,水流为垂直流,水力停留时间约为12h 。
工程总投资为800×104元,运行管理简单,运行费用仅0118元Πt ,主要由进水提升所需电费及工人进行相对简单的操作和维护管理费用。
设计进水水质:ρ(C OD Cr )≤250mg ΠL ,ρ(BOD 5)≤150mg ΠL ,ρ(TP )≤6mg ΠL ,ρ(NH 4+-N )≤15mg ΠL 。
设计出水水质:要求达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》(G B18918-2002)中的一级A 类标准,即第18卷 第6期环 境 科 学 研 究Research of Environmental Sciences V ol.18,N o.6,2005ρ(C OD Cr )≤50mg ΠL ,ρ(BOD 5)≤10mg ΠL ;氮和磷的出水要求按广东省地方标准《水污染物排放限值》(DB44Π26-2001)来控制,ρ(TP )≤015mg ΠL ,ρ(NH 4+-N )≤10mg ΠL 。
112 系统工艺流程垂直流人工湿地系统包括前处理系统和垂直流人工湿地系统两部分,其工艺流程如图1所示,进水时间和配水模式由自动控制系统控制。
图1 垂直流人工湿地系统工艺流程Fig.1 The flow chart of vertical flowconstructed wetland systems 考虑到合流制污水系统泥沙含量高,容易造成湿地堵塞等问题。
为增强人工湿地生态系统的稳定性,增加湿地处理寿命及提高整个系统处理效率,采用粗隔栅、细隔栅和强化型酸化水解池进行前处理。
强化型的水解酸化池内置弹性立体填料,污水有效接触时间为415h 。
湿地系统进水通过穿孔管布水,出水通过收集管网排入排水渠进入景观池,出水最后通过防洪闸排入溢流坝下游河道。
污泥经过浓缩、干化后可作为果树用肥。
格栅拦污送至生活垃圾填埋场处理。
2 工程运行结果与分析211 人工湿地净化一般机理人工湿地处理污水的机理较为复杂。
多年的研究表明,人工湿地能够利用基质-微生物-植物这一复合生态系统的物理、化学和生物的三重协同作用,通过过滤、吸附、共沉淀、离子交换、植物吸收和微生物分解,实现对废水的高效净化,同时通过营养物质和水分的生物地球化学循环,促进绿色植物生长并使其增产,实现废水的资源化与无害化。
人工湿地净化污水主要机理见表1。
表1 人工湿地污水净化主要机理T able 1 Wastewater treatment mechanisms occurringin constructed wetlands反应类型净化过程物理大颗粒物沉降;水生植物和生物滤膜对轻颗粒物的过滤;通过沉淀或过滤聚集颗粒物以达到去除目的,UV 作用化学沉降;吸收到基质和腐殖质;挥发生物微生物降解、有机物质矿化;转化作用(硝化Π反硝化);从水体直接生物吸收(藻类、细菌生物膜);从根区间接生物吸收(水体生物膜、挺水植物);微生物竞争导致部分病菌死亡212 接触水解酸化池处理效果与分析分别于2003年7月29日,2003年9月8和19日及2004年3月17日进行了4次采样,水质分析结果见表2。
表2 水解酸化池污染物去除情况T able 2 The ability to rem ove pollutant by acid hydrolysismg ΠL采样时间指标ρ(COD Cr )ρ(BOD 5)ρ(TP )ρ(NH 4+-N )进水215121513410162003-07-29出水1004151431614去除率Π%53156611-1168-5417进水8640110871582003-09-08出水452711619117去除率Π%47163215-4911-2019进水1841916114211172003-09-19出水1171015012115125去除率Π%3614461485123013进水39010231231172004-03-17出水2736215312524185去除率Π%30381711562116 由表2可见:①水解酸化池对C OD Cr 和BOD 5的去除较稳定,主要是通过厌氧微生物降解有机物。
该工程在水解酸化池中布置有填料,形成的生物膜强化了有机物的去除能力。
此外,污水中的颗粒态有机物通过水解池填料拦截、沉淀而得以去除。
②在多数情况下,水解酸化池中ρ(NH 4+-N )的增高,是由于在缺氧、厌氧条件下,废水中有机物分解所产生的可溶性游离氨氮所致。
③水解酸化池中ρ(TP )在多数情况下都96第6期刘家宝等:垂直流人工湿地系统工程的污染物净化效率研究会增加,这是由于在厌氧条件下污水中的聚磷菌因受到压抑而释放体内的磷酸盐,导致水解池酸化内ρ(TP )有增高的趋势。
213 人工湿地系统处理效果与分析该系统从2003年7月建成运行,在工程运行的初期每月采样1次,进水水质呈黄褐色至棕黑色,经人工湿地处理后的出水清澈洁净,透明度极好,具体进、出水水质和污染物去除率见图2。
图2 石岩人工湿地系统处理效果Fig.2 Performance of shiyan constructed wetland21311 C OD Cr 的去除该系统对C OD Cr 的去除效果很好(见图2(a )),出水ρ(C OD Cr )除运行的第6个月略高于50mg ΠL 外,其他时间均低于50mg ΠL ,出水水质优于《城镇污水处理厂污染物排放标准》(G B18918-2002)中的一级A 类标准。