包 磊

(彰武縣大冷鎮(zhèn)人民政府,遼寧 彰武 123202)

隨著農(nóng)村地區(qū)經(jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展,污染問(wèn)題也變得日趨嚴(yán)重,特別是農(nóng)村地區(qū)的污水污染問(wèn)題比較突出,已經(jīng)成為影響生態(tài)環(huán)境的重要因素。目前,我國(guó)大部分農(nóng)村沒(méi)有建設(shè)污水管網(wǎng)和處理系統(tǒng),許多農(nóng)戶(hù)在自家庭院建設(shè)滲水井,將廚房、洗漱產(chǎn)生的生活灰水通過(guò)滲水井直排地下[1]。由于上述滲水井在建設(shè)過(guò)程中一般使用砂石料作為濾料,僅能過(guò)濾灰水中較大的顆粒物,而對(duì)氮磷等污染物沒(méi)有任何過(guò)濾作用。由于農(nóng)村灰水特別是洗漱用水中含有磷元素等有害物質(zhì),大量建設(shè)和長(zhǎng)期使用的滲水井必將會(huì)對(duì)土壤和地下水造成污染[2]。目前,在生態(tài)滲井領(lǐng)域的研究主要集中于雨水下滲對(duì)地下水的補(bǔ)給作用以及對(duì)地下水環(huán)境的影響方面,利用濾料過(guò)濾作用減輕農(nóng)村滲水井污染問(wèn)題的研究不多?；诖?本文通過(guò)試驗(yàn)探討多元濾料對(duì)農(nóng)村生態(tài)滲井去污能力的影響,以便為其推廣應(yīng)用提供技術(shù)支持。

1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

1.1 試驗(yàn)裝置

試驗(yàn)裝置與農(nóng)村地區(qū)的滲井外觀基本相似,為圓柱形結(jié)構(gòu)?？紤]到成本因素、施工因素以及更換濾料等因素,滲井的井體選用抗老化、耐磨損、質(zhì)量輕的PPH管[3]。其第一層為可拆卸式調(diào)節(jié)池,菜葉、樹(shù)枝等質(zhì)量較大的污染物可以沉入調(diào)節(jié)池的底部待定期清理,收集灰水的收集管設(shè)置在調(diào)節(jié)池的底部,一般埋入地下50cm左右;污水在調(diào)節(jié)池的溢流堰均勻溢出,然后經(jīng)過(guò)柵格降落至二次調(diào)節(jié)池,再通過(guò)布水系統(tǒng)進(jìn)入過(guò)濾區(qū),過(guò)濾區(qū)采用分層設(shè)計(jì),裝填不同的濾料以強(qiáng)化對(duì)灰水的脫氮除磷效果,過(guò)濾后的水體經(jīng)網(wǎng)孔滲入地層[4]。其主體結(jié)構(gòu)包括6部分,分別是井體、調(diào)節(jié)池、二次調(diào)節(jié)池、布水系統(tǒng)、過(guò)濾層和滲透層(見(jiàn)圖1)。生態(tài)滲井的直徑為600mm,埋深3.5m,設(shè)置3層過(guò)濾層,每層層高450mm。

圖1 試驗(yàn)裝置結(jié)構(gòu)示意圖

1.2 濾料設(shè)計(jì)

目前,常見(jiàn)的過(guò)濾料有多孔濾料、纖維濾料和堆積介質(zhì)等三大類(lèi)[5]。其中,多孔濾料是指玻璃、燒瓷、多孔塑料管、燒結(jié)金屬等含有一定數(shù)量孔洞的固體介質(zhì);纖維濾料主要包括天然纖維和人造纖維兩種,具有比表面積大、孔隙率高、價(jià)格便宜、可重復(fù)使用等優(yōu)勢(shì);堆積介質(zhì)主要是木炭、生物質(zhì)灰渣、砂礫等具有特殊纖維層的堆積層。鑒于此次研究的過(guò)濾料用于農(nóng)村地區(qū)的生態(tài)滲井,因此需要兼顧材料的經(jīng)濟(jì)性和易獲取性。通過(guò)對(duì)多種不同常見(jiàn)過(guò)濾料進(jìn)行對(duì)比分析,最終確定生物質(zhì)灰渣、秸稈和聚酯纖維。

生物質(zhì)灰渣是生物質(zhì)燃料燃燒后的固體廢棄物,由于生物質(zhì)能源儲(chǔ)量豐富,同時(shí)也是我國(guó)農(nóng)村地區(qū)的重要燃料,因此生物質(zhì)灰渣來(lái)源廣泛,成本較低,是比較理想的過(guò)濾材料。此次研究中使用的生物質(zhì)灰渣為農(nóng)村地區(qū)燒飯柴火燃燒后產(chǎn)生的灰渣,使用前需要進(jìn)行篩分,去除未完全燃燒的較大顆粒[6]。

農(nóng)作物秸稈是一種天然聚合物,富含具有一定吸附能力的纖維素,同時(shí)農(nóng)村地區(qū)該原料來(lái)源廣泛,成本低廉,是一種具有相當(dāng)發(fā)展?jié)摿Φ奈轿镔|(zhì)[7]。相關(guān)研究顯示,秸稈纖維對(duì)生活污水中的COD、磷酸根、鉻等污染物均具有良好的吸附性。此次研究中使用的秸稈為玉米秸稈,需要利用粉碎機(jī)粉碎分揀。

聚酯纖維是冬被、棉服等常用填充物,利用廢舊衣物提取聚酯纖維材料成本較低。相關(guān)研究顯示,聚酯纖維材料具有直徑小、均勻性好、比表面積大和吸附能力強(qiáng)的優(yōu)勢(shì)。同時(shí),隨著農(nóng)村地區(qū)生活水平的提高,廢舊衣物的數(shù)量迅速增加,可以為再生聚酯纖維材料提供良好的原材料[8]。

根據(jù)濾料的滲透性和吸附性特點(diǎn),在滲井裝置中,最上層布設(shè)聚酯纖維濾料、中間為生物質(zhì)灰渣濾料、下層為秸稈濾料。

1.3 進(jìn)水水質(zhì)

此次研究主要針對(duì)遼寧省西部和北部偏遠(yuǎn)農(nóng)村地區(qū)的單戶(hù)生活灰水進(jìn)行處理試驗(yàn)。通過(guò)對(duì)遼西農(nóng)村的實(shí)地調(diào)研發(fā)現(xiàn),當(dāng)?shù)剞r(nóng)戶(hù)生活飲食和清潔用品比較單一,因此生活灰水的污染物種類(lèi)比較單一,含量也相對(duì)比較穩(wěn)定。其COD含量一般在300mg/L,TN一般為15mg/L,TP一般為2.5mg/L。根據(jù)以上特點(diǎn),配制出試驗(yàn)所用的灰水,其特征見(jiàn)表1。

表1 人工配制灰水的水質(zhì)特征

1.4 試驗(yàn)方法

根據(jù)農(nóng)村地區(qū)的調(diào)查情況,每戶(hù)月均灰水產(chǎn)生量約為1.5～2.3m3?；诖?研究中按照每月2.1m3的灰水產(chǎn)生量進(jìn)行試驗(yàn),每天將70L灰水以1.5h的間隔分7次注入試驗(yàn)裝置,試驗(yàn)周期為90d,每隔5d收集一次過(guò)濾水樣并進(jìn)行污染物濃度測(cè)試。其中,COD采用重鉻酸鉀-硫酸銀消解分光光度法,TN采用堿性過(guò)硫酸鉀紫外分光光度法,TP采用鉬銻抗分光光度法。根據(jù)檢測(cè)結(jié)果計(jì)算獲取污染物的去除率,以評(píng)價(jià)過(guò)濾效果。計(jì)算公式為

污染物去除率=(1-過(guò)濾水樣污染物含量/

灰水污染物含量)×100%

2 試驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1 COD過(guò)濾效果

根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù),計(jì)算獲取不同試驗(yàn)時(shí)間節(jié)點(diǎn)過(guò)濾試樣中COD的去除率,其變化曲線(xiàn)見(jiàn)圖2。從試驗(yàn)結(jié)果可以看出,多元濾料設(shè)計(jì)對(duì)COD過(guò)濾效果隨時(shí)間的變化可以劃分為5個(gè)階段。前10天為第一階段,該階段COD去除率呈現(xiàn)出快速上升的變化特點(diǎn),原因是剛填入的濾料需要與試驗(yàn)裝置“磨合”;10～35天為穩(wěn)定階段,該階段的多元濾料對(duì)COD過(guò)濾效果比較穩(wěn)定,一直維持在82%～87%的較高水平,過(guò)濾效果良好;35～60天為緩慢下降階段,該階段的COD去除率呈現(xiàn)出緩慢降低的變化特征,經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的工作,過(guò)濾料的過(guò)濾和吸附能力有所下降,但是仍有一定的效果;60～80天為迅速下降階段,該階段的多元濾料對(duì)COD過(guò)濾效果迅速降低,原因是過(guò)濾料對(duì)吸附區(qū)域飽和,秸稈濾料開(kāi)始腐爛,功能基本喪失;80～90天為失效階段,該階段多元濾料的過(guò)濾和吸附作用完全喪失,過(guò)濾效果為0。

圖2 COD去除率變化曲線(xiàn)

2.2 TN去除效果

根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù),計(jì)算獲取不同試驗(yàn)時(shí)間節(jié)點(diǎn)過(guò)濾試樣中TN的去除率,其變化曲線(xiàn)見(jiàn)圖3。從試驗(yàn)結(jié)果可以看出,多元濾料設(shè)計(jì)對(duì)TN過(guò)濾效果隨時(shí)間的變化可以劃分為4個(gè)階段。其時(shí)間節(jié)點(diǎn)變化規(guī)律與COD的前4個(gè)階段類(lèi)似。不同的是對(duì)TN試驗(yàn)中尚未出現(xiàn)失效階段。具體來(lái)看,前10天為第一階段,該階段的TN去除率呈現(xiàn)出快速上升的變化特點(diǎn);10～35天為穩(wěn)定階段,該階段的多元濾料對(duì)TN過(guò)濾效果比較穩(wěn)定,一直維持在90%以上的較高水平,由此可見(jiàn),多元濾料對(duì)TN的去除效果優(yōu)于對(duì)COD的去除效果;35～60天為緩慢下降階段,該階段的TN去除率呈現(xiàn)出緩慢降低的變化特征;60天以后為迅速下降階段,該階段的多元濾料對(duì)TN過(guò)濾效果迅速降低,原因是過(guò)濾料對(duì)吸附區(qū)域飽和,秸稈濾料開(kāi)始腐爛,功能基本喪失。

圖3 TN去除率變化曲線(xiàn)

2.3 TP去除效果

根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù),計(jì)算獲取不同試驗(yàn)時(shí)間節(jié)點(diǎn)過(guò)濾試樣中TP的去除率,其變化曲線(xiàn)見(jiàn)圖4。從試驗(yàn)結(jié)果可以看出,多元濾料設(shè)計(jì)對(duì)TP過(guò)濾效果隨時(shí)間的變化可以劃分為4個(gè)階段。前10天為第一階段,該階段TP去除率呈現(xiàn)出快速上升的變化特點(diǎn);10～45天為穩(wěn)定階段,該階段多元濾料對(duì)TP過(guò)濾效果比較穩(wěn)定,一直維持在55%以上的水平,最高去除率為66%,由此可見(jiàn),多元濾料對(duì)TP的去除效果不及COD和TN;45～70天為迅速下降階段,該階段多元濾料對(duì)TP過(guò)濾效果迅速降低;70天以后為失效階段。從試驗(yàn)結(jié)果來(lái)看,與COD和TN不同,多元濾料對(duì)TP的去除效果沒(méi)有緩慢下降階段,在穩(wěn)定階段之后,由于顆粒物沉積和材料變質(zhì)等因素的影響,生態(tài)滲井內(nèi)部好氧環(huán)境受到干擾,同時(shí)有機(jī)負(fù)荷變高,磷無(wú)法被有效吸收或降解,因此濾料的過(guò)濾作用迅速下降并失效。

圖4 TP去除率變化曲線(xiàn)

3 結(jié) 語(yǔ)

此次研究利用模型試驗(yàn)的方式,探討多元濾料對(duì)農(nóng)村單戶(hù)灰水中污染物的過(guò)濾效果,試驗(yàn)結(jié)果顯示,采用多元濾料對(duì)農(nóng)村單戶(hù)灰水中的COD、TP和TN污染物具有良好的過(guò)濾效果。在穩(wěn)定階段,對(duì)三種污染物的去除率分別達(dá)到80%、90%和55%以上。對(duì)不同污染物,去除率的穩(wěn)定階段一般可以持續(xù)到35～45天,在45天之后,對(duì)TP的去除率會(huì)迅速下降。因此,在實(shí)際應(yīng)用中,建議濾料的使用時(shí)長(zhǎng)為35～45天,否則將影響污染物的過(guò)濾效果。當(dāng)然,在工程應(yīng)用過(guò)程中,廢棄過(guò)濾料的處理也是需要解決的技術(shù)問(wèn)題,否則也會(huì)造成二次污染。