污水處理廠(chǎng)尾水回用工藝研究

近年來(lái)，隨著經(jīng)濟(jì)和社會(huì)的發(fā)展和人口的增加，水污染已成為一個(gè)非常嚴(yán)重的現(xiàn)實(shí)問(wèn)題。許多國(guó)家面臨著嚴(yán)重的水資源短缺危機(jī)。在此背景下,我國(guó)加快了對(duì)污水廠(chǎng)的建設(shè)及污水廠(chǎng)尾水深度處理的投資力度。傳統(tǒng)的尾水深度處理包括活性炭吸附、臭氧氧化、臭氧-生物活性炭吸附和膜法分離等,但這些技術(shù)處理成本高昂。人工濕地技術(shù)具有投資、運(yùn)行和管理費(fèi)用低等特點(diǎn),在許多國(guó)家作為污水二級(jí)、三級(jí)處理的替代技術(shù)。洪澤縣地處江蘇省中部,其境內(nèi)白馬湖為“南水北調(diào)”東線(xiàn)工程輸水主干道。為確保白馬湖水質(zhì)安全,興建了清楹尾水濕地處理工程,用于對(duì)2座污水處理廠(chǎng)所出尾水進(jìn)行深度處理。采用一種生態(tài)工程,即塘系統(tǒng)、人工濕地相間組合工藝對(duì)其中1座污水處理廠(chǎng)尾水的處理效果進(jìn)行了研究,以期為生態(tài)工程對(duì)尾水的處理提供相關(guān)基礎(chǔ)支撐和相關(guān)資料。1實(shí)驗(yàn)部分1.1太陽(yáng)能水生態(tài)修復(fù)系統(tǒng)的水岸帶設(shè)置該系統(tǒng)工程主要由曝氣塘、兼性塘、表面流人工濕地和生態(tài)塘通過(guò)串聯(lián)的方式構(gòu)成。為增加水中DO含量以提高系統(tǒng)對(duì)尾水的凈化性能,在曝氣塘、兼性塘和生態(tài)塘系統(tǒng)分別安置了5、2、1臺(tái)太陽(yáng)能水生態(tài)修復(fù)系統(tǒng)。1#~5#表面流濕地種有常綠鳶尾、水蔥、香蒲等10余種水生植物,具體工藝流程見(jiàn)圖1;塘系統(tǒng)和表面流人工濕地系統(tǒng)設(shè)計(jì)參數(shù)分別見(jiàn)表1。1.2tp、nh3-n的質(zhì)量濃度在持續(xù)監(jiān)測(cè)階段系統(tǒng)進(jìn)水污染物含量波動(dòng)較大,TN、TP、NH3-N的質(zhì)量濃度分別為6.67~22.1、0.08~4.01、3.84~15.44mg/L,CODMn為6.57~21.24mg/L。1.3試劑和儀器pH,便攜式pH計(jì);DO含量和溫度,便攜式溶解氧儀;CODMn:滴定法;TP含量,鉬銻抗分光光度法;NH3-N含量,納氏試劑分光光度法;TN含量:過(guò)硫酸鉀紫外分光光度法。2結(jié)果與討論2.1不同季節(jié)動(dòng)態(tài)濕地植物tn的去除效果TN的去除情況如圖2和表2所示。由圖2可知,不同月份系統(tǒng)進(jìn)水TN含量有波動(dòng)。系統(tǒng)出水TN的質(zhì)量濃度5、9月份為5mg/L以下,12月出水TN的質(zhì)量濃度在15mg/L左右,皆能達(dá)到GB18918-2002的一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)。由表2可知,不同月份系統(tǒng)對(duì)于TN的去除效果存在差別,5、9月系統(tǒng)對(duì)TN去除效果較好,12月份系統(tǒng)對(duì)TN的去除效果不佳。其原因?yàn)闇囟容^低影響了微生物的活性;同時(shí)植物的凋落導(dǎo)致氮素重新釋放至水體,導(dǎo)致二次污染。其中5月份塘系統(tǒng)對(duì)TN的去除效果優(yōu)于濕地系統(tǒng),原因?yàn)?月份濕地植物正處于生長(zhǎng)期,整個(gè)濕地系統(tǒng)處于啟動(dòng)期間,凋落的莖葉和老化的根系在啟動(dòng)期間釋放部分營(yíng)養(yǎng)素。9月份濕地系統(tǒng)對(duì)于TN的去除效率遠(yuǎn)高于塘系統(tǒng)。原因?yàn)榇藭r(shí)濕地植物生物量大,同時(shí)植物根系為微生物提高了較好的生長(zhǎng)環(huán)境。2.2不同季節(jié)和季節(jié)動(dòng)態(tài)氣調(diào)濕系統(tǒng)nh3-n的去除效果NH3-N的去除情況如圖3和表3所示。由圖3和表3可知,不同月份進(jìn)水NH3-N含量有波動(dòng),系統(tǒng)5、9、12月份出水NH3-N的質(zhì)量濃度分別為2、3、10.5mg/L。系統(tǒng)對(duì)于NH3-N的去除效果與對(duì)TN的去除效果有類(lèi)似。5、9月系統(tǒng)對(duì)于NH3-N的去除效果明顯優(yōu)于12月份。冬季較低的溫度影響微生物的活性同時(shí)由于植物凋落物的腐敗降解,導(dǎo)致系統(tǒng)凈化能力的下降。5月份塘系統(tǒng)對(duì)NH3-N的去除效果優(yōu)于濕地系統(tǒng),原因在于濕地系統(tǒng)處于啟動(dòng)期,植物凋落物還有部分釋放,同時(shí)植物微生物活性需要一定時(shí)間恢復(fù)。9月份濕地植物生物量豐富,植物根系發(fā)達(dá),為微生物提供了良好的生長(zhǎng)環(huán)境。因此9月份濕地系統(tǒng)對(duì)NH3-N的去除達(dá)到了61.1%。2.3codn的去除CODMn的去除情況如圖4和表4所示。由圖4和表4可知,不同月份系統(tǒng)進(jìn)水CODMn不同。5、9、12月時(shí)系統(tǒng)出水CODMn分別為5、8、14mg/L。對(duì)比發(fā)現(xiàn)塘系統(tǒng)及濕地系統(tǒng)對(duì)于CODMn去除率差異性不顯著(F(2,5)=0.014)。不同時(shí)間段系統(tǒng)對(duì)于CODMn去除率在35.5%~44.3%。分析原因,對(duì)于CODMn的去除有植物直接吸收、植物根系釋放分泌物和酶、微生物的等協(xié)同作用。其中微生物作用是廢水中有機(jī)污染物降解的主要機(jī)制。同時(shí)CODMn的去除效率在溫度高于5℃以上時(shí)受溫度作用的影響不大。2.4基質(zhì)除磷工藝TP的去除情況如圖5所示。由于TP進(jìn)出水含量都很低,且波動(dòng)較大,因此未對(duì)系統(tǒng)對(duì)TP的去除率做考察。由圖5可知,5、9月進(jìn)水TP的質(zhì)量濃度在0.1mg/L左右,12月份進(jìn)水TN的質(zhì)量濃度提高至0.25mg/L左右。通常認(rèn)為基質(zhì)除磷是濕地除磷的主要方式;同時(shí)基質(zhì)吸附磷的過(guò)程為可逆過(guò)程,當(dāng)污水中的磷含量相對(duì)較低時(shí),基質(zhì)中被吸附的磷會(huì)重新解析回至水中。該濕地的基質(zhì)主要為細(xì)沙和碎石,袁東海等的研究發(fā)現(xiàn),砂子對(duì)磷吸附后解析率較大。因此系統(tǒng)TP含量呈動(dòng)態(tài)平衡狀態(tài)。2.5討論2.5.1生物處理系統(tǒng)設(shè)計(jì)工程在設(shè)計(jì)之初考慮到進(jìn)水水質(zhì)及水量等因素,采用了塘-人工濕地組合的生態(tài)工藝設(shè)計(jì)方案。人工濕地污水處理系統(tǒng)具有出水水質(zhì)穩(wěn)定,對(duì)N、P去除能力強(qiáng),基建運(yùn)行費(fèi)用低,易于維護(hù),耐沖擊負(fù)荷強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。但人工濕地中植物受季節(jié)影響因素較大,故工程增建了塘處理系統(tǒng)。穩(wěn)定塘污水處理系統(tǒng)具有基建投資和運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用低、維護(hù)和維修簡(jiǎn)單、能有效去除污水中的有機(jī)物和病原體等優(yōu)點(diǎn),同時(shí)研究表明串聯(lián)穩(wěn)定塘較單塘BOD、COD、N和P的去除率高且所需水力停留時(shí)間更短。尾水沿程進(jìn)入曝氣塘和兼性塘后,首先好氧的環(huán)境有利于微生物將污水中大分子有機(jī)物降解為小分子有機(jī)物。污水生物脫氮途徑中微生物的硝化反硝化是主要的脫氮方式。而微生物的硝化反硝化途徑需要好氧-厭氧環(huán)境,因而采用了兼性塘以提供好氧-厭氧環(huán)境。經(jīng)過(guò)曝氣塘和兼性塘處理后尾水采用3級(jí)串聯(lián)表面流濕地系統(tǒng)強(qiáng)化處理效果。由實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知,濕地系統(tǒng)隨季節(jié)變化處理效果相差較大,9月濕地系統(tǒng)對(duì)尾水處理效果明顯優(yōu)于5月和12月,為減少季節(jié)變化對(duì)系統(tǒng)處理效果的沖擊。設(shè)計(jì)在1#~5#表面流濕地中增建了生態(tài)塘以緩沖。系統(tǒng)運(yùn)行中,實(shí)際情況與理想狀態(tài)對(duì)濕地運(yùn)行的影響有待進(jìn)一步研究。2.5.2不同季節(jié)各期氧含量變化污水中的DO含量是影響污水凈化性能的重要因素。一般而言,DO含量高有利于提高微生物的凈化性能。曝氣塘、兼性塘、生態(tài)塘安裝的太陽(yáng)能水生態(tài)修復(fù)系統(tǒng),其主要功能是利用太陽(yáng)能電機(jī)系統(tǒng)將水體底層低DO含量的水提升到表層,而提升到表層的低DO含量的水以層流狀緩慢流出而形成表面流,提高了大氣和水面的氧含量梯度,從而加快了水氣界面大氣復(fù)氧速度。在實(shí)驗(yàn)監(jiān)測(cè)過(guò)程中,不同月份各處理單元DO含量如表5所示。由表5可知,DO含量沿程呈遞減趨勢(shì),原因?yàn)樘料到y(tǒng)中的供氧裝置增大了水體DO含量,5月濕地系統(tǒng)處于啟動(dòng)期,濕地系統(tǒng)需氧量較大,而生態(tài)塘內(nèi)裝有供氧裝置,故DO含量在生態(tài)塘有小幅回升。9月份濕地系統(tǒng)DO含量和塘系統(tǒng)DO含量相差不大,原因?yàn)橹参锷锪控S富,植物根系泌氧等增大了水體中DO含量。12月濕地系統(tǒng)內(nèi)生物作用微弱,耗氧較少,故各處理單元DO含量波動(dòng)不顯著。3去除好水質(zhì)該處理系統(tǒng)對(duì)所出尾水處理效果隨季節(jié)變化有波動(dòng)性,且濕地系統(tǒng)較塘系統(tǒng)波動(dòng)顯著,但均有一定的去除效果,5月、9月系統(tǒng)處理效果較強(qiáng),12月份去除效果較差,與進(jìn)水含量超出設(shè)