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        間歇進水對跌水接觸氧化組合工藝處理效果影響分析

        2021-09-23 15:27:25劉旭東趙昊然梁異璞孔喜鑫
        企業(yè)科技與發(fā)展 2021年8期
        關(guān)鍵詞:生物

        劉旭東 趙昊然 梁異璞 孔喜鑫

        【關(guān)鍵詞】村鎮(zhèn)污水;生物-生態(tài)組合裝置;跌水接觸氧化;跌水方式;人工濕地

        【中圖分類號】X703.1;TQ031.7【文獻標識碼】A【文章編號】1674-0688(2021)08-0061-03

        為響應(yīng)“十三五”規(guī)劃任務(wù)及全面建成小康社會,各級政府都在推進“美麗鄉(xiāng)村”的建設(shè)。其中,完善村鎮(zhèn)相應(yīng)的生活污水處理設(shè)施是最重要且極具挑戰(zhàn)性的一環(huán)。由于村鎮(zhèn)人口密度低、水質(zhì)簡單穩(wěn)定,前期投資小、運行成本低、建設(shè)周期短、氮磷可資源化利用的人工濕地相比傳統(tǒng)污水處理廠優(yōu)勢巨大,因此受到廣泛關(guān)注[1-2]。

        跌水曝氣指利用高位水與低位水間高差,水體在自由跌落過程中進行充氧的曝氣方式。跌水接觸氧化裝置與人工濕地可借助地形因素自然結(jié)合,建造費用低且周期短,對COD、NH4+-N、總磷的處理效果有明顯提升;極大地減少了運行和維護的成本[3-4]。目前,吳義鋒[5]、李文祺[6]等人研究了不同曝氣形式與跌水高度對裝置內(nèi)充氧效果的影響;商光琦[7]等人利用一種跌水紊流穿孔板研究了紊流狀態(tài)對充氧效果的影響;蔣毓婷、許海瀛[8]等人設(shè)計了一種單板交替式跌水裝置,用于改善跌水狀態(tài),從而提高充氧效果及生物氧化效率;張躍峰[9]等人探究了水溫、填料對充氧效果及污染物去除效率的影響。目前,大多數(shù)研究基于裝置改良、工藝組合及水流狀態(tài)優(yōu)化提升系統(tǒng)內(nèi)充氧效果[5,10],借此提升污染物去除效率。單板交替式跌水-人工濕地組合裝置作為一種新型工藝,針對其進水模式的影響研究卻鮮有報道。

        本文對比了單一人工濕地與單板交替式跌水接觸氧化-人工濕地組合設(shè)備(簡稱組合設(shè)備)運行狀態(tài)及對出水COD、NH4+-N、TN、TP等污染物等的去除效果,并探究不同進水條件下組合設(shè)備對不同污染物去除效果的影響,以期為此工藝的應(yīng)用提供一定的參考依據(jù)。

        1 實驗裝置及藥品

        1.1 實驗裝置

        實驗采用跌水板左右交錯放置的跌水裝置,使其與人工濕地裝置組合。該跌水裝置為有機玻璃制作,跌水裝置高1 450 mm(跌水高度在20~120 cm可控),具體尺寸長為1 200 mm,寬500 mm,高400 mm,容積為240 L。每一層跌水隔板上都有懸掛填料的凸起,方便懸掛填料放置污泥隨跌落的水體流入下一跌水板。在跌水板外邊緣處設(shè)計有均勻的齒墩,底部設(shè)有3 m高的拔風裝置,高度可控。

        人工濕地裝置單元采用2個濕地池串聯(lián)。2個濕地處理池從底部向上依次填充20~50 mm的碎石(15 cm左右),2~10 mm的礫石(20 cm左右),0.5~5 mm的粗砂(20 cm左右),0.25~0.35 mm的細沙(20 cm左右),表面有2~4 cm水深[4]。人工濕地整體流態(tài)屬于混合流態(tài)。組合裝置示意簡圖如圖1所示。

        1.2 實驗用水

        本實驗村鎮(zhèn)污水為自配模擬污水,選用葡萄糖維持原水中COD穩(wěn)定于250 mg/L,模擬污水的配制方法為葡萄糖(0.13 mg·L-1),蛋白胨(0.15 mg·L-1),NH4Cl(0.08 mg·L-1),NaCl(0.1 mg·L-1),NaHCO3(0.14 mg·L-1),KH2PO4(0.012 mL·L-1),另加入些許微量元素(Zn、Ca、Mg)溶液(1 mL·L-1)。

        2 人工濕地與組合工藝處理效果比對

        2.1 實驗條件

        為了考查跌水接觸氧化裝置對于人工濕地裝置增氧的具體情況,對人工濕地裝置(簡稱A裝置)與跌水接觸氧化-人工濕地裝置(簡稱B裝置)在相同條件下進行平行對比試驗。試驗進行條件見表1。

        2.2 結(jié)果及分析

        由圖2、圖3可看出,B裝置對COD、NH4+-N的處理效果更佳,跌水接觸氧化裝置對COD、NH4+-N處理的平均貢獻率分別為47.4%、33.7%。實驗進行到第15 d后,兩種裝置出水COD及NH4+-N趨于穩(wěn)定,B裝置出水COD均在60 mg/L以下、NH4+-N均少于7.7 mg/L,遠低于A裝置的平均出水COD(250 mg/L)及NH4+-N(20 mg/L)。

        3 不同進水條件下B裝置對各污染物的去除

        3.1 實驗條件

        相關(guān)研究表明,連續(xù)的進水會使?jié)竦亻L期積水,從而制約濕地表層與空氣的接觸,不利于濕地系統(tǒng)的有效復(fù)氧,適時的間歇運行對于人工濕地的脫氮除磷有增益作用[6],并且人工濕地系統(tǒng)充氧率的增高對COD的去除率也會有一定的提升。為此,在濕地連續(xù)運行若干天后選擇在進水7 h后停止進水7 h在HRT為14 h的工況下運行,并與連續(xù)進水做比較分析。具體運行參數(shù)見表2。

        3.2 COD處理效果分析

        如圖4所示,間歇式進水的工況下COD的平均去除率為80.01%,連續(xù)式進水工況下平均去除率為77.78%,相比而言,COD的去除率提高了2.87%。

        間歇進水組對COD的去除率相對來說更加穩(wěn)定,但去除率的增長卻相對緩慢,這是因為跌水接觸氧化裝置能提供的生物需氧量有限,并不能過多滿足不斷增長的微生物。在第17 d更新填料后,去除率有小幅提升后又開始降低至平穩(wěn),說明在跌水接觸氧化裝置中有部分微生物在間歇進水的模式下已經(jīng)發(fā)生厭氧,后續(xù)進水階段難以令這部分微生物恢復(fù)其生命力。

        3.3 NH4+-N、TN處理效果分析

        如圖5和圖6所示,間歇式進水的工況下NH4+-N的平均去除率為81.27%,TN平均去除率為80.95%;連續(xù)式進水工況下NH4+-N平均去除率為80.78%,TN平均去除率為76.81%。相比而言,NH4+-N的去除率增加了0.61%,TN去除率增加了5.39%。

        連續(xù)式進水的工況下,對NH4+-N、TN的去除效果一直很穩(wěn)定;間歇式進水工況在第17天更新填料后NH4+-N、TN去除率分別提升12.71%、18.8%。這其中可能是間歇式進水提供的DO不穩(wěn)定,無法提供硝化菌適宜的好氧環(huán)境,使得接觸氧化池中的硝化反應(yīng)不能充分地進行,但間歇式進水使人工濕地保持干濕交替的形態(tài),在內(nèi)部形成穩(wěn)定的好氧—缺氧—厭氧區(qū)域,從而為微生物的硝化反硝化提供了穩(wěn)定的反應(yīng)條件,增強了人工濕地模塊的整體脫氮能力。

        3.4 TP處理效果分析

        如圖7、8所示,間歇式進水工況下TP的平均去除率為72.31%,平均出水TP為0.82 mg/L;連續(xù)式進水工況下TP平均去除率為67.81%,平均出水TP為1.01 mg/L。相比而言,去除率增加了6.64%。

        間歇運行工況下濕地表層與空氣經(jīng)過一定時間的接觸后,上層基質(zhì)中的好氧微生物活性增加更加有利于磷細菌的代謝。通過磷細菌好氧吸磷作用后的出水TP會明顯下降,但在較深的下部濕地基質(zhì)中存在一定程度的厭氧條件,磷細菌厭氧放磷,只能通過基質(zhì)的吸附沉淀發(fā)揮除磷效果。

        4 結(jié)論

        (1)單板交替式跌水接觸氧化裝置對人工濕地COD、NH4+-N的去除率具有明顯的提升作用,平均貢獻率分別為47.4%、33.7%;對TN、TP去除率的提升較少,平均貢獻率分別為2.8%、2.6%。

        (2)在HRT為14 h、間歇周期為7 h的工況下,相較于連續(xù)進水模式,COD、NH4+-N、TN、TP的去除率分別提升2.87%、0.61%、5.39%、6.64%。其中,間歇進水模式平均出水COD、NH4+-N、TP可達一級B標準,所以一定時間的間歇運行對于人工濕地來說,既能夠起到優(yōu)化處理效率的效果,又能起到節(jié)能的作用。

        (3)間歇運行對組合裝置污染物去除的促進作用主要表現(xiàn)為使人工濕地保持干濕交替狀態(tài),一方面提高上層基質(zhì)中好氧微生物的活性,另一方面在內(nèi)部形成穩(wěn)定的好氧—缺氧—厭氧區(qū)域。

        參 考 文 獻

        [1]VO T D H,BUI X T,LIN C,et al.A mini-review on shallow-bed constructed wetlands:a promising innovative green roof[J].Curr Opin Environ Sci H-

        ealth,2019,12:38-47.

        [2]胡小波,駱輝,荊肇乾,等.農(nóng)村生活污水處理技術(shù)的研究進展[J].應(yīng)用化工,2020,49(11):2871-2876.

        [3]蔣毓婷,許海瀛.跌水接觸氧化-人工濕地技術(shù)處理農(nóng)村污水研究[J].遼寧化工,2018,47(7):671-673.

        [4]張躍峰.生物生態(tài)組合型農(nóng)村生活污水處理系統(tǒng)污染物去除特性及工藝模擬研究[D].南京:東南大學(xué),2018.

        [5]ILYAS H,VAN HULLEBUSCH E D.A review on t-he occurrence,fate and removal of steroidal hormones during treatment with different types of co-nstructed wetlands[J].J Environ Chem Eng,2020,8(3):122086.

        [6]熊家晴,孫璐楊,陳浩,等.不同基質(zhì)磷吸附性能及其在表流人工濕地中應(yīng)用[J].工業(yè)水處理,2015,35(1):72-76.

        [7]商光琦,余太平,孫士權(quán),等.分散式污水處理工藝跌水裝置設(shè)計與充氧性能研究[J].環(huán)境科學(xué)與技術(shù),2020,43(8):156-162.

        [8]蔣毓婷,許海瀛.跌水接觸氧化-人工濕地技術(shù)處理農(nóng)村污水研究[J].遼寧化工,2018,47(7):671-673.

        [9]張躍峰.生物生態(tài)組合型農(nóng)村生活污水處理系統(tǒng)污染物去除特性及工藝模擬研究[D].南京:東南大學(xué),2018.

        [10]LIU R,ZHAO Y,DOHERTY L,et al.A review? of incorporation of constructed wetland with other treatment processes[J].Chem Eng J,2015,279:220-230.

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