人工濕地深度處理污水處理廠二級出水試驗研究.pdf

1、隨著社會和經(jīng)濟的發(fā)展，人們對環(huán)境尤其水環(huán)境的要求越來越高。當前水環(huán)境污染是我國面臨的最主要環(huán)境問題。為應對水環(huán)境污染，近二十年來，國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行，對于改善我國的水環(huán)境狀況起到非常大的作用。但是，由于很多早期建設的污水處理廠采用二級生物處理，其處理出水無法滿足新排放標準中對氮磷指標的要求，而氮磷是造成水體富營養(yǎng)化的主要原因。為保證水廠出水指標符合新排放標準要求，就必須對工藝較老的污水處理廠進

2、行工藝改造。改造方式一般為在二級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，具有管理簡單，運行費用低，實用性強的特點，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。
　　 本課題通過對濕地基質(zhì)，植物及運行方式進行試驗研究，針對水中COD、NH4+-N、NO-2-N、NO-3-N、TP等指標，考察人工濕地處理污水處理廠二級出水的實際效果。試驗期間，在山東建筑大學污水處理站建設人工濕地中試現(xiàn)場，作為

3、原污水處理站的深度處理單元，處理二級出水。經(jīng)測定，原有工藝二級出水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。這幾項指標均高于《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標準》(GB18918-2002)一級A的要求。建設后的人工濕地從2010年初開始運行至2012年年底，通過三年的連續(xù)運行，取得較好的處理效果，出水指標中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A的排放標準要求。在課題研究期間，取得如下結果:
　　 (1)優(yōu)選了構建人工濕地的基質(zhì)，揭示了其吸附機制。通過對磷的吸附、解吸試驗以及性能測試，發(fā)現(xiàn)頁巖陶粒具有對磷的吸附性能較好，其對磷的解吸率較低，機械強度較高，破損率低，比表面積大等特點，因此選擇頁巖陶粒作為人工濕地的基質(zhì)，對頁巖陶粒進行掃描電鏡及能譜分析，闡述了頁巖陶粒的物理特性和化學特性，證明了頁巖陶粒對磷的吸附能力強與其表面微

5、孔結構及含有的金屬元素有關;
　　 (2)優(yōu)選了構建人工濕地的植物，揭示了常見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)境之間的關系，試驗結果顯示，五種植物根際土壤所含微生物數(shù)量多少關系為蘆竹＞蘆葦＞香蒲＞三棱草＞蓑衣草;利用Quantity One軟件對DGGE圖譜進行進化樹分析，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。通過試驗結果，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)通過實驗室模擬人工濕地試驗，初步確定了水力停留時間(HRT)和溶解氧(DO)對濕地處理效果的影響，初步研究了溶解氧濃度對氨氮去除的影響規(guī)律。結果顯示，當HRT為5天時，其COD的去除率分別比HRT為1天、2天時高41.2％和20.1％，當HRT為7.5天時，其

7、COD去除率僅比5天時增加5.2％;當HRT=5天時，TP去除率分別比HRT為1天、2天時高38.2％和18.1％，當HRT為7.5天時，其TP去除率僅比5天時增加4.3％;氨氮去除率也呈現(xiàn)相近關系，綜合考慮進水負荷及運行效率，初步確定HRT為5天，處理效率較高;
　　 (4)試驗考察了DO濃度對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DO濃度較低（低于1.5 mg/L）時，NH4+-N的去除是

8、因為除了基質(zhì)吸附的原因外，大部分NH4+-N轉(zhuǎn)化為NO-2-N，亞硝酸鹽累積率達到70％以上，證明濕地池體內(nèi)存在著明顯的短程硝化過程，當DO濃度大于1.5 mg/L時，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規(guī)律，闡明了該陶粒高吸附性能的原因。試驗結果表明，陶粒表面生物量與DO濃度有很好的相關關系，生物膜與頁巖陶粒之間具有很

9、強的吸附作用，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等二價離子結合，而多糖易于和K、Na等低價離子結合形成聚體，因此具有很強的吸附性能，這種強吸附特性對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、蘆竹和香蒲對氮磷的吸收能力以及植物不同部位氮磷含量，試驗結果顯示，蘆竹對氮磷的吸收能力最強，但三種植物吸收能力無顯著差別;通過對植物不同部位

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)，試驗結果還顯示蘆葦根系的輸氧能力最強;
　　 (7)考察了人工濕地中試現(xiàn)場長期運行過程中物質(zhì)的積累情況，通過測定池體內(nèi)水力滲透系數(shù)及總固體和揮發(fā)性固體，長期運行后，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。證明所構建的人工濕地在長期運行后沒有發(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。進一步驗證了輪休是延緩濕地堵塞的有效方式。結合人工濕地運行出水主要污染物指標情況，得出結論:采用人工濕地作為污水處理廠的深度處理單元，在運行三年后，仍然具有很好的處理效率，從2010年初運行至2012年底，在每年4月至10月的運行中，出水COD、NH4+-N、TP等指標均優(yōu)于《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標準