不同基質(zhì)對人濕地處置農(nóng)村污水的阻礙

1、JINGDEZHEN CERAMIC INSTITUTE外文譯不同基質(zhì)對人工濕地處置農(nóng)村污水的阻礙Impacts of different media on constructed wetlands for ruralhousehold sewage treatment學(xué) 號：202210220229姓 名：肖某人專業(yè)班級：13級環(huán)境工程二班指導(dǎo)老師：朱華清副教授完成日期：2022-05-09材料科學(xué)與工程學(xué)院人工濕地系統(tǒng)已被用于處置各類生活污水和工業(yè)廢水,是一種具有較高經(jīng)濟(jì) 效益和環(huán)境效益的污水處置技術(shù),尤其適用于農(nóng)村污水處置.系統(tǒng)中填料在濕地 污水處置進(jìn)程中起著重要的作用.本文通過對傳統(tǒng)濕

2、地的一樣操作和處置問題的 分析,設(shè)計了不同的人工濕地基質(zhì)對農(nóng)村生活污水進(jìn)行處置.在利用同種植物的根底上,選用,即麥飯石,鋼渣,竹炭和石灰?guī)r基質(zhì)構(gòu)建人工濕地系統(tǒng),研究它們的成 效.結(jié)果說明,四種不同的填料的組合對農(nóng)村生活污水污染物的去除成效良好. 以上四種填充物的理論最大吸附水平強(qiáng)弱對照：麥飯石鋼渣竹炭石灰?guī)r.廢水 水質(zhì)符合?市政污水處置廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)? 一級排放標(biāo)準(zhǔn)(gb18918 - 2022).基 質(zhì)填料的選擇對人工濕地污水處置系統(tǒng)的運(yùn)行結(jié)果具有重要的意義.1.介紹在很長一段時刻里,由于水污染治理資金缺乏,和中國農(nóng)村對水資源和環(huán)境 愛惜的熟悉缺乏,農(nóng)村生活污水未經(jīng)處置直接排放,成為湖水,

3、地下水和江河水 等水資源水質(zhì)下降的要緊緣故.因此,研究農(nóng)村生活污水處置技術(shù),探討適合的 處置模式,增進(jìn)社會主義新農(nóng)村建設(shè),具有重要的實際意義.人工濕地污水處置系統(tǒng)是通過對自然濕地的模擬,利用自然生態(tài)系統(tǒng)在物 理、化學(xué)、生物等方面的三重協(xié)同效應(yīng),到達(dá)污水凈化的成效.依照適當(dāng)?shù)拈L寬 比和地面坡度,利用必然大小的顆粒填料和水生植物,一起組成了人工濕地污水處 置系統(tǒng).水生植物一樣都具有欣賞性,和良好的可塑性,較高的存活率,很強(qiáng)的 耐水性,長時刻生長的周期和較高的經(jīng)濟(jì)價值；與水生動物和微生物一路形成了 一個獨(dú)特的動植物環(huán)境.當(dāng)污水流經(jīng)植物根系外表和基質(zhì)填料之間的孔隙,通過過濾、吸附、沉淀、離子互換、植物

4、吸收、微生物分解等途徑到達(dá)對污水的有效 凈化.本文對人工濕地的研究主假設(shè)是在濕地中進(jìn)行的.是在上個世紀(jì)七十年代開始 進(jìn)展的；人工濕地污水處置系統(tǒng)的要緊運(yùn)作方式是通過人工使污水流經(jīng)人工濕 地,使?jié)竦氐乃参锝?jīng)常處于淹沒狀態(tài) ,通過耐水植物、土壤和微生流的協(xié)同 作用到達(dá)對污水的凈化作用.由于人工濕地污水處置技術(shù)在指導(dǎo)、 設(shè)計和操作治 理等方面的應(yīng)用,使其擁有了更大的處置水平和更高的處置效率,從而取得更普 遍的應(yīng)用.最近幾年來,隨著經(jīng)濟(jì)進(jìn)展和水資源的日趨枯竭,人工濕地由于其污水 處置效率高、本錢低等優(yōu)秀的性能,引起了全世界大多數(shù)國家的關(guān)注.人工濕地系統(tǒng)已經(jīng)用于治理多種的廢水,要緊包括工業(yè)廢水、農(nóng)村

5、污水,城市 污水和非點(diǎn)源污染,專門是城市生活污水和非點(diǎn)源污染.目前,人工濕地已進(jìn)展 成為一種污水處置技術(shù),具有較高的經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益,尤其適合農(nóng)村污水處 置.在污水處置中,建造人工濕地的關(guān)鍵要素是植物和基質(zhì). 人工濕地系統(tǒng)中的 基質(zhì)填料可通過沉淀、過濾和吸附來攔截污水中的要緊污染物.它也是組成濕地 的其他活性元素植物和彳生物存活的物質(zhì).因此,填料的選擇在人工濕地中扮 演著重要的角色,對污水到達(dá)了有效的凈化.目前,典型的人工濕地填料是沸石、 蛭石、礫石、石灰石、粉煤灰、礦渣、勇氣和土壤、粘土礦物和一些工業(yè)副產(chǎn)品. 基質(zhì)是人工濕地的載體；其自身的物理和化學(xué)性質(zhì)可能直接阻礙整個系統(tǒng)的污水 處置效率

6、.另外,當(dāng)人工濕地基質(zhì)填料具有較大的比外表積,這能夠提升濕地的液 壓和機(jī)械性能,為微生物的粘合提供了更大的外表積,從而提升系統(tǒng)對污染物的去 除水平.因此,選擇適當(dāng)?shù)幕|(zhì)填料對人工濕地污水處置系統(tǒng)的運(yùn)行效率具有重要意義人工濕地中的基質(zhì)填料在污水處置進(jìn)程中起著超級重要的作用.目前,濕地的處置進(jìn)程普遍應(yīng)用了砂、土、礫石和其他襯底填充劑.投資本錢低,經(jīng)濟(jì)效益 高,但這些填料對氮和磷去除效率并非睬想；因此,專家們不斷開發(fā)新的濕地填 料,并進(jìn)行了不同程度的測試.Smol et al(2021)用碎石塊和砂礫土作人工濕地填 料來測試對生活污水處置的成效.結(jié)果說明砂礫土的除磷效率超級好,但氨氮去除效率要小得多

7、.An et al(2021)說明,天然沸石能夠有效地吸收自來水中的氨氮, 從而有效地減少其氨氮濃度.侯賽因和阿齊茲 (2022)研究了三種填料在人工濕地 中對污染物的去除水平,別離是沸石、混凝土和石灰?guī)r,結(jié)果說明,在濕地系統(tǒng)中 沸石和石灰石、混凝土對氨去除效率是超級好的.同時,cui et al(2021)通過對不同濕地填料的去除效率的比擬,以為沸石對氨氮去除效率明顯高于礫石,但除磷效 率只有礫石的20%0 Vohla et al(2022用J用粉煤灰作為基質(zhì)填料在濕地系統(tǒng)中開展 對生活污水的凈化實驗研究,并通過比擬以礫石作為濕地系統(tǒng)填料時對污染物的 去除效率.結(jié)果說明,以粉煤作為人工濕地填

8、料時,系統(tǒng)對氮、磷和有機(jī)物質(zhì)的 去除效率是最好的,其中氨氮去除效率,遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于以礫石為人工濕地系統(tǒng)填料時 的去除效率.Cui和Ouyang(2021期煤灰和人工土作為人工濕地填料演示了化糞 池污水在潛流人工濕地系統(tǒng)中的處置成效,TP廢水濃度到達(dá)排放標(biāo)準(zhǔn).Zhang et al(2021)還成功地利用沸石去除城市污水中的氨氮.本文通過對傳統(tǒng)濕地的低效操作和處置方式的分析,設(shè)計了不同的人工濕地填料,為農(nóng)村生活污水處置提供了不同的設(shè)計方式.在構(gòu)建人工濕地系統(tǒng)中利用 了相同的植物,四種不同填料：麥飯石、鋼渣、竹炭和石灰?guī)r,對農(nóng)村生活污水 處置進(jìn)行了測和研究,以研究其對污染物的去除效率.2實驗部份2.1

9、實驗儀器和方式實驗采納階梯式構(gòu)造濕地,屬于復(fù)合型垂直潛流濕地. 結(jié)構(gòu)如圖1所示.梯 形混凝土池的高度為160厘米,基底長度為3厘米,基底長度為1.7厘米,底層 總厚度為80厘米,底層頂部40厘米厚的土層,進(jìn)水橫流墻的高度為140厘米, 流入的沉積池?fù)醢宓母叨葹?120厘米,大型礫石層位于進(jìn)水方向沉積池?fù)醢逑?面,進(jìn)水通道與大礫石層之間存在必然程度的連通性,污泥沉積池?fù)醢宓母叨葹?00厘米,流出物儲層擋板的高度為 80厘米.該設(shè)備的工作原理是農(nóng)村生活污水通過進(jìn)水管進(jìn)入混凝土水池,然后進(jìn)入污水沉淀池沉淀,接著從進(jìn)水儲層擋板溢出,滲入基層流入渠道.這意味著當(dāng)從進(jìn) 水沉積池的底部滲透到基底層時, 從底

10、部到頂部穿過底層填料層和土層, 過濾后 通過污水沉積池?fù)醢逡缌魅胛鬯练e池,當(dāng)污水沉積池充滿時再次溢出到污水 池.濕地土壤層有水生植物.穿孔管和取樣管沿著濕地外表的中間垂直設(shè)置,提取水樣,測量濕地內(nèi)的溶解氧,溫度,pH值等參數(shù)值.該儀器從2021年4月至 2021年8月運(yùn)行,運(yùn)行狀況良好.在那個實驗中,水力停留時刻HRT被設(shè)置為7天.對污水中的COD、濁度、 NH3-N、TN和TP測量持續(xù)7次,并計算其最終去除效率.境第池靖水牛植物土岸煤機(jī)AM灌混含層也水沉限池進(jìn)水池圖1樓梯構(gòu)造濕地示用意Fig. 1. Schematic diagram of staircase constructed we

11、tland依照2022年人民衛(wèi)生環(huán)境愛惜部?水污染監(jiān)測分析方式?的測定方式,每 周分析各采樣點(diǎn)進(jìn)水和出水水樣的水質(zhì),利用重銘酸鉀法測定COD,即堿性過硫酸鉀消化紫外分光光度法利用Nessler試劑比色法測定NH3-N; NH3-N采納分 光光度法和苯酚二磺酸分光光度法；TP采納鋁酸俊分光光度法；懸浮固體SS 采納重量法;pH采納電極法；并在現(xiàn)場采樣后當(dāng)即利用 YSL 5000 DO儀測量溶解 氧DO.利用FISH方式測量構(gòu)建的濕地基質(zhì)中的硝化細(xì)菌數(shù)；用MPN法測定 脫氮菌數(shù).3結(jié)果和分析研究說明,不同的底物在COD去除效率上起著必然的作用,由于底物本身 不僅能夠吸收一些無機(jī)污染物,而且具有較大

12、外表積的底物能夠為微生物的繁衍 和作用制造良好的生活條件,因此能夠更有效地進(jìn)行污水中水污染物的有效吸 附,吸收和降解.從圖2中能夠看出,在四種基材中,麥飯石和鋼渣的 COD去除效率最好, 麥飯石系統(tǒng)的去除效率優(yōu)于鋼渣系統(tǒng)；隨著HRT的增加,COD去除效率慢慢提 高,最終變得滑膩.石灰石系統(tǒng)的去除效率較低,隨著 HRT的增加,COD去除 效率有所改善.HRT四天后,去除效率維持不變；當(dāng)HRT為5天時,所有四個基板的COD去除效率均穩(wěn)固.當(dāng)HRT為7天,麥飯石、鋼渣、竹炭和石灰石的 COD去除效率別離為79.7% , 73.6%, 81.3%和67.6%.最終流出液中的平均COD 濃度別離為 51

13、.2 mg / L, 61.3 mg / L, 53.2 mg / L 和 93.4 mg / L.在這四種基質(zhì)中,竹炭和鋼渣具有較大的比外表積, 而麥飯石相對較軟,因此它對污染物 的攔截、吸附和吸生效率更好,同時提供了更有利的微生物生長環(huán)境.因此,麥飯石和鋼渣的COD去除效率優(yōu)于石灰石和竹炭.OIOCI6: wrM二一二=二=+v一so604020RT/dH圖2 COD去除效率隨HRT的轉(zhuǎn)變Fig. 2. Variations of COD removal efficiency with HRT如圖3所示,四種基質(zhì)填料的濁度去除效率趨勢超級相似.隨著 HRT的增 加,濁度去除效率提升.當(dāng) H

14、RT為4天時,鋼渣,石灰石,麥飯石和竹炭對濁 度去除效率別離為88.7% , 70.7% , 89.7%和67.6%.隨著HRT不斷增加,濁度 去除效率的提升不太明顯.底物的濁度去除效率要緊取決于底物比外表積的吸附 和形成大生物膜的大量粘附微生物,起著過濾作用.因此,關(guān)于孔徑小的填料, 濁度去除效率更高.鋼渣,麥飯石和竹炭具有粒徑小,形狀不規(guī)那么的特點(diǎn),而麥飯石和竹炭材質(zhì)更柔軟,更易于吸附污染物,因此其濁度去除成效更好.當(dāng)HRT到達(dá)5天時,所有四種底物的平均出水濁度別離到達(dá)16.4NTU, 26.3NTU ,11.5NTU 和 13.3NTU.使用這四種底物人工濕地污水處置系統(tǒng)處置農(nóng)村生活污水

15、,污水濁度指標(biāo)將到達(dá)“城市污水處置廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn) (GB18918-2022)第一類A標(biāo)準(zhǔn).4RT/d H圖3濁度去除效率隨HRT的轉(zhuǎn)變Fig. 3. Variations of turbidity removal efficiency with HRT人工濕地的TP去除率要緊取決于人工濕地的基質(zhì)層底物,水生植物和微生 物,和三者的綜合作用.人工濕地基質(zhì)填料在 TP去除中起著最重要的作用,水 生植物和微生物的綜合作用僅次于填料底物. 在四個基質(zhì)系統(tǒng)中,微生物與磷復(fù) 合物的轉(zhuǎn)化是TP純化進(jìn)程的一個限制因素；濕地基質(zhì)的穩(wěn)固性增強(qiáng)了 TP吸附和 微生物的吸收.鋼渣系統(tǒng)的除磷效率比其他基材強(qiáng).另外,

16、隨著HRT的增加,鋼渣系統(tǒng)的除磷效率維持在高水平, 而石灰石,麥飯石和竹炭系統(tǒng)的去除效率相對較差.從圖4中能夠看出,當(dāng)HRT到達(dá)5天時,石灰石系統(tǒng)的TP去除效率開始下 降.這可能是由于石灰石的比外表積很小,因此當(dāng)?shù)孜镂降竭_(dá)飽和點(diǎn)時,TP去除僅依托于吸附和降解.當(dāng)HRT超過6天時,竹炭系統(tǒng)的TP去除效率也下降, 鋼渣和麥飯石的去除水平慢慢平緩飽和.這說明當(dāng) HRT在6天左右時,污水中 的TP去除更完全.因此,當(dāng)HRT到6天時,鋼渣,石灰石,麥飯石和竹炭系統(tǒng) 的TP去除效率別離為83.5%, 55.2% , 78.6%和69.2%.最終流出物的平均 TP 濃度指數(shù)另I離為 0.21 mg / L

17、, 0.59 mg / L, 0.38 mg / L 和 0.40 mg / L.80604020O O ;:-工芍=芍：二三二3H圖.4. TP去除效率隨HRT的轉(zhuǎn)變Fig. 4. Variations of TP removal efficiency with HRT從圖5中能夠看出,隨著HRT的增加,所有四種底物的TN去除效率均持 續(xù)增加；當(dāng)HRT大于5天時,基質(zhì)對TN去除量穩(wěn)固.除填料和植物的吸收外, TN去除也是阻礙因素,如氨的揮發(fā),底物吸附和過濾,硝化反硝化反映等等其中TN去除要緊依托于微生物的硝化和脫氮.水生植物根系發(fā)育越發(fā),基質(zhì)穩(wěn)固 性越高,比外表積越大,為硝化細(xì)菌提供了良好的

18、養(yǎng)殖環(huán)境.也確實是說,良好 的有氧微環(huán)境更有利于 TN的充分硝化；因此,鋼渣和麥飯石的處置效率優(yōu)于石 灰石和竹炭.當(dāng)HRT為6天時,鋼渣,石灰石,麥飯石和竹炭系統(tǒng)的 TN去除 效率別離為74.4%, 50.1%, 79.2%和69.2%.最終成效的平均TN濃度指數(shù)別 離為 6.92 mg / L, 13.71 mg / L, 8.87 mg /L和 11.4 mg / L.o1080604020-rmwEl ;二-二一I 山: I iriidm Q| M-ntnib ,仃.圖.TN去除效率隨HRT的轉(zhuǎn)變Fig. 5. Variations of TN removal efficiency wi

19、th HRT研究覺察,人工濕地污水處置系統(tǒng)污水處置效率與濕地基質(zhì)之間存在著明顯的關(guān)系.濕地微生物生物量越多,污染物去除成效越好.硝化細(xì)菌和脫氮細(xì)菌數(shù)量對NH3-N去除效率有專門大的阻礙；硝化和反硝化是濕地系統(tǒng)去除 TP和 TN的要緊方式,而水生植物和底物一路提供的微生物生物環(huán)境決定了有利于微 生物生長的條件.但是,NH3-N去除效率也受其他因素的阻礙,致使構(gòu)建的濕 地襯底系統(tǒng)的NH3-N去除效率變得不穩(wěn)固.從圖6中能夠看出,隨著HRT的增加,四種底物的NH3-N去除效率均有所 提升.當(dāng)HRT為1? 3天時,除去效率低.當(dāng) HRT到達(dá)4天時,去除效率大大 提升.當(dāng)HRT大于4天時,鋼渣和玉米粉的

20、脫氨效率約為 80%,竹炭系統(tǒng)的 去除效率到達(dá)75%左右.因此,人工濕地系統(tǒng)中三種基質(zhì)填料的 NH3-N去除 效率相對較好.當(dāng)系統(tǒng)HRT大于4天時,人工濕地系統(tǒng)中四種基質(zhì)填料的 NH3-N 去除效率均穩(wěn)固.當(dāng)HRT到達(dá)6天時,最終出水中NH3-N的平均濃度指數(shù)為 2.9 mg / L, 6.3 mg / L, 3.6 mg / L 和 4.7 mg / L.圖6 NH3-N去除效率隨HRT的轉(zhuǎn)變Fig. 6. Variations of NH3-N removal efficiency with HRT4結(jié)論(1)研究了農(nóng)村家庭污水中 COD,濁度,TP和TN吸附規(guī)律,分析了四種類型的中等填料.結(jié)果說明,模型對吸附等溫線的描述更好. 四種中等濕地系統(tǒng)能夠有效降低農(nóng)村家庭污水中 COD,濁度,TN, TP和NH3