陳 浪 ,龔道新 ,羅 楊
(1.湖南農(nóng)業(yè)大學資源環(huán)境學院,湖南 長沙 410128;2.望城縣環(huán)境保護局,湖南 長沙 410200)
我國是個農(nóng)業(yè)大國。全國第一次污染源普查結(jié)果顯示,我國農(nóng)村每年產(chǎn)生的生活污水約80億t以上,農(nóng)村生活污染源成為影響水環(huán)境的重要因素,而且農(nóng)村生活污水的排放量有不斷增加趨勢[1]。農(nóng)村污水的亂排放不僅破壞了當?shù)氐纳鷳B(tài)環(huán)境,也造成了地上水污染。隨著農(nóng)村環(huán)境質(zhì)量的惡化以及民眾對生態(tài)環(huán)境的關注,農(nóng)村生活污水的處理越來越受到重視,其處理技術也是環(huán)??蒲蓄I域的重點與熱點。我國農(nóng)村地區(qū)大多財政收入不富裕,技術水平相對落后。因此,農(nóng)村生活污水處理工藝選擇原則應充分考慮當?shù)刈匀?、?jīng)濟、社會條件,因地制宜地采用投資省、能耗低、維護管理方便、處理效果好的工藝,遵循經(jīng)濟、高效、節(jié)能和簡便易行原則[2-8]。
人工濕地污水處理系統(tǒng)是利用自然生態(tài)系統(tǒng)中的物理、化學和生物等因素的協(xié)同作用得以實現(xiàn)污水凈化的[9]。國內(nèi)外所建成的人工濕地中,潛流人工濕地占相當大比例。本研究考察了以化糞池+厭氧池+預處理池+二級潛流人工濕地為工藝流程處理農(nóng)村生活污水的處理能力,并就處理狀況提出建議。
1.1.1 供試材料 試驗廢水主要由生活廢水、洗菜廢水、餐飲廢水組成,特點是COD濃度較高,含油量大,污水可生化性較好,處理規(guī)模為30 m3/d。
1.1.2 試驗進水水質(zhì) 試驗進水水質(zhì)概況如表1所示。
表1 試驗進水水質(zhì)概況 (mg/L)
1.2.1 工藝流程 試驗處理工藝流程如圖1所示。試驗廢水由集中后進入三格化糞池,各糞池容積計算依據(jù)糞水貯存時間定,一般為2∶1∶3,具體尺寸為5 m×6 m×1.5 m。預處理生化池的結(jié)構(gòu)尺寸為:3 m×6 m×1.5 m。第一級表面潛流人工濕地的一個單元的實際長寬為9 m×3 m,水深為0.45 m,水力停留時間為0.73 d,濕地植物選取荷花、鳳眼蓮、花月季。第二級水平潛流人工濕地的一個單元長寬高為8 m×3 m×0.95 m,水力停留時間為 0.53 d,濕地植物為蘆葦、香蒲、棱魚草、再力花、菖蒲。濕地填料采用陶粒、火山石、蛭石從上至下堆填布置。
圖1 濕地處理工藝流程
1.2.2 試驗方法 預處理池與二級潛流人工濕地進行清水試驗及單體運行檢驗后,人工濕地植物栽培完成,以城市污水處理廠脫水污泥為接種物,接種量為4 kg/m3(以干污泥計)向預處理池加入活性污泥,污泥掛膜后,污水經(jīng)預處理池進入二級人工濕地??刂七M水30 m3/d左右,連續(xù)運行,于化糞池出口即厭氧池進口、人工濕地出口取水樣,分別檢測調(diào)試過程期間 COD、BOD5、NH4+-N、TP、SS 等污染指標,其中COD、NH4+-N、TP為每天檢測指標,BOD5一周檢測一次,SS為每3天檢測一次。直至出水運行穩(wěn)定則視為調(diào)試運行成功。檢測方法如表2所示[10]。
表2 監(jiān)測指標及方法
圖2表示處理系統(tǒng)對COD的去除效果。當進水COD處于194.40~368.00 mg/L時(平均值為276.04 mg/L),濕地系統(tǒng)出水COD為35.30~141.10 mg/L(平均值為 73.10 mg/L),COD去除率為45.54%~87.66%(平均去除率為73.30%)。試驗初始時,由于系統(tǒng)的吸附作用,出水COD值較低,隨著濕地系統(tǒng)中植物的生長,第10天后系統(tǒng)對COD的去除率逐步提高,第20天后趨于穩(wěn)定,出水COD基本上穩(wěn)定在50 mg/L,達到《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標準GB18918-2002》的一級A標準。研究還表明,系統(tǒng)趨于穩(wěn)定后進水COD負荷在200~350 mg/L之間對去除率沒有明顯的影響,說明濕地系統(tǒng)抗COD負荷能力較強[11]。
圖2 處理系統(tǒng)對COD的去除效果
圖3顯示處理系統(tǒng)對NH4+-N的去除效果。當進水NH4+-N處于34.70~58.90 mg/L時(平均值為45.14 mg/L),濕地系統(tǒng)出水NH4+-N為5.60~30.30 mg/L(平均值為 18.46 mg/L),NH4+-N去除率為40.95%~87.21%(平均去除率為58.87%)。系統(tǒng)剛啟動時,由于吸附作用,出水NH4+-N比較低;系統(tǒng)啟動一段時間后,在植物生長未達到穩(wěn)定狀態(tài)前,隨著進水NH4+-N的升高,系統(tǒng)出水NH4+-N會相應上升;但在植物生長達到穩(wěn)定狀態(tài)后(第20天后),濕地系統(tǒng)出水NH4+-N基本穩(wěn)定在20 mg/L左右。潛流式人工濕地的脫氮機理主要通過水生植物吸收、微生物的硝化和反硝化以及氮的揮發(fā)等途徑被去除[12]。系統(tǒng)中植物根圍區(qū)形成有利于微生物實現(xiàn)硝化作用的好氧微區(qū),同時在遠離根系的地方形成厭氧區(qū)[13-15]。人工濕地氧狀態(tài)影響著污染物去除效果。而水力負荷、水力停留時間以及水深不僅影響著氧狀態(tài),同時又是影響人工濕地運行的三大要素[16]。
圖3 處理系統(tǒng)對NH4+-N的去除效果
圖4表示處理系統(tǒng)對TP的去除效果。當進水TP處于2.98~4.98 mg/L時(平均值為4.00 mg/L),濕地系統(tǒng)出水TP為0.12~0.71 mg/L(平均值為0.46 mg/L),TP去除率為77.24%~96.94%(平均去除率為88.47%)。由于系統(tǒng)的吸附作用,初始出水TP值較低,隨著植物的生長良好(第11天后),系統(tǒng)出水TP穩(wěn)定在0.5 mg/L左右,達到《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標準GB18918-2002》的一級A標準。研究表明,磷的去除差異和氧的差異之間沒有明顯的相關性,但磷的去除和基質(zhì)、植物的關系非常密切[17]。因而總磷的去除相對于氨氮的去除受系統(tǒng)氧狀態(tài)的影響較弱。
圖4 處理系統(tǒng)對TP的去除效果
圖5表示處理系統(tǒng)對BOD5的去除效果。由于BOD5測定時間較長,對于該指標的監(jiān)測,只能每隔一定時間抽查該指標的去除情況,試驗進行過程中,總共進行了6次檢測。檢測發(fā)現(xiàn),該污水可生化性較好(進水COD/BOD5為0.47),系統(tǒng)對BOD5去除率較高。當進水BOD5處于140.60~185.70 mg/L時(平均值為156.90 mg/L),濕地系統(tǒng)出水BOD5為15.60~32.60 mg/L(平均值為 22.65 mg/L),BOD5去除率為81.05%~89.31%(平均去除率為85.79%);系統(tǒng)穩(wěn)定后(第3次檢測后即第15天后),出水BOD5維持在20 mg/L以下,達到《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標準GB18918-2002》的一級B標準。
圖5 處理系統(tǒng)對BOD5的去除效果
圖6是處理系統(tǒng)對SS的去除效果。當進水SS處于189.00~289.00 mg/L時(平均值為243.58 mg/L),濕地系統(tǒng)出水SS為10.00~48.00 mg/L(平均值為18.50 mg/L),SS去除率為80.80%~95.56%(平均去除率為92.36%),表明該系統(tǒng)對SS的去除效果很好;系統(tǒng)穩(wěn)定后(第4次檢測后即第12天后),出水SS基本穩(wěn)定在20 mg/L以下,達到《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標準GB18918-2002》的一級B標準。
圖6 處理系統(tǒng)對SS的去除效果
(1)啟動調(diào)試運行表明,該濕地系統(tǒng)對有機物、NH4+-N、TP具有快速的啟動效果,系統(tǒng)運行10~20 d即可趨于穩(wěn)定。
(2)系統(tǒng)對 COD、NH4+-N、TP、BOD5和 SS的去除率較高,平均去除率分別為73.30%、58.87%、88.47%、85.79%、92.36%。其中出水COD、TP能達到《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標準GB18918-2002》的一級A標準,BOD5、SS能達到一級B標準。
(3)系統(tǒng)對NH4+-N的處理效果相對于有機物的去除效果較弱,這主要與系統(tǒng)氧狀態(tài)有關,可通過水力負荷、水力停留時間以及水深進行調(diào)節(jié)。
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