不同基質垂直流人工濕地處理豬場污水效果研究

不同基質垂直流人工濕地處理豬場污水效果研究

人工濕地建設成本高、高度低.我國人工濕地在工業(yè)目前，大型養(yǎng)豬場的廢水處理存在兩個問題：高處理成本和高處理難度（難以達到標準排放）。迫切需要操作簡單、操作有效、管理方便的處理方法和設備。建成的濕式肥具有效率高、效率高、易于管理等特點。廣泛用于國外的工業(yè)廢水和生活廢水處理。外部環(huán)境1.1直流濕地小試系統(tǒng)選用基質為碎石、沸石(產(chǎn)自浙江縉云)和鍋爐房煤渣,粒徑均為4～8mm.裝置設計:垂直流濕地小試系統(tǒng)(圖1)尺寸為0.5m×0.5m×0.7m,粒徑從下到上逐漸減小.為對比實驗結果,設置3個平行反應器,分別為傳統(tǒng)型、沸石型、沸石-煤渣型反應器.反應器均由細沙層、基質層、礫石層3部分組成,反應器內種植黑麥草作濕地植物(播種量20g·m1.2試驗系統(tǒng)及運行條件人工濕地系統(tǒng)從夏季開始啟動,至秋季馴化結束,進入正常運行.采自校區(qū)某試驗牧場的豬場污水先由上流式水解酸化反應器預處理,停留6h后,出水經(jīng)沉淀后再由PLC時控器控制的進水泵泵入人工濕地.經(jīng)水解酸化的豬場污水COD系統(tǒng)馴化及運行:對系統(tǒng)分4個不同稀釋倍數(shù)階段進水,由10倍(夏季Ⅰ)、5倍(夏季Ⅱ)、4倍(夏季Ⅲ)、2倍(秋季Ⅳ)逐步提升負荷,最終達到高污染負荷Ⅳ階段(秋季)即模擬實際工程運行中回流比為1∶1的進水方式.正?；\行從污染負荷提升的最后階段秋季開始,經(jīng)過冬季至2005年初夏6月結束.整個試驗歷時12個月.運行參數(shù):為使3個反應器有對比性,采用恒定的運行條件.負荷提升階段和正?；\行階段水力負荷為7.5cm·d試驗地點及氣溫條件:試驗在浙江大學華家池校區(qū)(杭州市)內進行,各運行階段氣溫(平均日最低溫度值與平均日最高溫度值范圍)及水溫變化范圍見表2.季節(jié)劃分參照試驗年份杭州實際氣溫變化進行.1.3硝化和反硝化強度分析1.3.1基質硝化強度測定于3個反應器上層10cm、中層20cm、30cm和下層40cm分別取樣,準確稱取100g基質置于250mL三角瓶中,加入100mL培養(yǎng)液,用脫脂棉塞住瓶口,25℃恒溫振蕩24h后測定硝態(tài)氮濃度(=(式中,1.3.2基質硝化強度測定為了反映垂直流人工濕地系統(tǒng)基質反硝化能力,于3個反應器上層10cm、中層20cm、30cm和下層40cm分別取樣,準確稱取100g基質置于250mL廣口塑料瓶中,加入100mL反硝化培養(yǎng)液,蓋住瓶口,外套黑色塑料布,25℃恒溫密封避光靜置24h,測定硝態(tài)氮濃度(=(式中,1.4水質測試系統(tǒng)模擬的人工濕地系統(tǒng)在特定運行階段運行一段時間后,連續(xù)收集8～10周期(每周期4d,每4d取樣1次)進水和出水水樣進行水質測試,并以水質測試結果的平均值表示系統(tǒng)在該階段處理效果.各階段污染物去除率根據(jù)進出水平均濃度計算.水質測試項目包括COD貴2.1濕地有機物降解動力學模型垂直流人工濕地各季節(jié)去除有機污染物效果見圖2.啟動階段結束后,人工濕地進水污染負荷比較穩(wěn)定,COD垂直流人工濕地啟動馴化階段、正常運行各季節(jié)的有機物降解情況可用一級動力學模型模擬(一級模型方程:==式中,方程(3)兩邊取對數(shù)得:ln對試驗數(shù)據(jù)按方程(5)進行擬合后所得回歸方程、參數(shù)見表3和圖3.2.2NH在正常運行階段,各濕地進水NH2.3基質的硝化反硝化強度圖5表示了垂直流人工濕地系統(tǒng)從啟動至正常運行過程中,TN去除率在不同季節(jié)變化的情況.不同基質的3個人工濕地系統(tǒng)在各季節(jié)對TN的去除效率差異也很明顯.與NH濕地系統(tǒng)運行1a后,在2005年6月10日對3個垂直流系統(tǒng)的不同高度層基質的硝化反硝化強度進行了分析測定和比較,結果見表4.由表4可知,3種基質系統(tǒng)中,沸石-煤渣型系統(tǒng)各高度層硝化強度均為最高,傳統(tǒng)型次之,沸石型系統(tǒng)硝化強度最弱.而從反硝化強度數(shù)據(jù)可知,沸石型和沸石煤渣型系統(tǒng)的各高度層反硝化強度均高于傳統(tǒng)型系統(tǒng),而其中沸石型系統(tǒng)又略優(yōu)于沸石-煤渣型系統(tǒng).2.4tp的去除效果由圖6可見各反應器對TP的去除能力逐漸下降,季節(jié)性變化對TP去除率影響不是很大.隨反應器運行,基質層對TP的去除效率下降明顯.沸石型反應器TP去除能力最差,而沸石-煤渣型反應器TP去除率下降幅度相對較小.子宮3.1在線入流濃度對去除率的影響垂直流人工濕地對有機物的去除隨季節(jié)變化并不顯著,并可用一級動力學模型進行模擬.根據(jù)一級模型方程(4),理論上的去除率沒有極限,只要入流濃度或流量增加,去除率也會相應增加,但實際上在傳統(tǒng)的污水處理設施和工藝中都會出現(xiàn)隨入流濃度持續(xù)增加,系統(tǒng)去除率因受系統(tǒng)固有的處理能力限制不再增加的現(xiàn)象(3.2NH圖4表明,傳統(tǒng)型對NH春、夏季,采用沸石作為基質的2個系統(tǒng)的NH3.3沸石型和沸石型系統(tǒng)的反硝化強度差異濕地系統(tǒng)TN的去除在啟動初期(夏季Ⅰ、Ⅱ階段)主要通過基質對顆粒態(tài)有機氮的截留,對銨態(tài)氮、硝態(tài)氮的離子交換和吸附來實現(xiàn).隨系統(tǒng)的進一步運行,濕地基質生物膜逐漸形成,系統(tǒng)對TN的去除效率開始穩(wěn)定增強(夏季Ⅲ—秋季).正常運行階段不同基質系統(tǒng)TN去除表現(xiàn)出的季節(jié)性差異可能有以下原因:①受冬季較低的環(huán)境溫度影響(最低運行溫度小于0℃),反硝化作用受到強烈抑制,造成TN去除率降低(垂直流系統(tǒng)內的反硝化實際上是有機污染物和NO3個系統(tǒng)中基質的硝化、反硝化強度分析顯示,傳統(tǒng)型系統(tǒng)的硝化強度,尤其是其表層的硝化強度優(yōu)于沸石型系統(tǒng),而沸石-煤渣型系統(tǒng)各高度層硝化強度均最強.其中可能的原因是:①沸石型系統(tǒng)采用較大粒徑沸石(4～8mm),較大的粒徑雖然能夠避免短期運行中造成的系統(tǒng)堵塞,但也使微生物可附著生長的比表面積大大下降.這是由于沸石雖然具有多孔性特點,但其孔隙比較小,適合作為分子篩,卻不利于大量微生物的生長繁殖(煤渣孔隙直徑較大,易于微生物附著生長).②沸石型系統(tǒng)對污水中NH不同基質系統(tǒng)的硝化、反硝化強度與其系統(tǒng)內的氧化還原條件,以及基質孔隙率也有一定關系,3個不同基質構成系統(tǒng)的孔隙率分別為傳統(tǒng)型45%、沸石型36.5%、沸石-煤渣型46.5%.因此,系統(tǒng)運行中的供氧效率應為沸石-煤渣型最佳,傳統(tǒng)型次之,最后是沸石型.較好的供氧效率保證了沸石-煤渣型和傳統(tǒng)型系統(tǒng)內硝化強度較好,同樣,較低的供氧效率利于沸石型系統(tǒng)形成較佳的反硝化所需要的缺氧環(huán)境,保證了其較強的反硝化強度.表4反硝化強度檢測數(shù)據(jù)表明,沸石型和沸石煤渣型系統(tǒng)的反硝化能力明顯優(yōu)于傳統(tǒng)型系統(tǒng),而沸石型系統(tǒng)又略優(yōu)于沸石-煤渣型系統(tǒng)(兩系統(tǒng)各高度層反硝化強度差別不大).與實際運行過程TN去除率變化吻合.因此,采用沸石作為基質利于系統(tǒng)內反硝化的進行,有助于提高TN的去除力.3.4微生物的去除途徑垂直流人工濕地系統(tǒng)磷的去除作用中化學吸附沉淀與微生物的同化作用為磷的主要去除途徑(貢獻率50%～65%),其它如植物攝取作用等僅占小部分(tn的去除效果1)垂直流人工濕地隨季節(jié)變化對有機污染物的去除效果差異并不顯著.垂直流人工濕地不同處理階段及季節(jié)的有機物降解情況,可用一級動力學降解模型模擬.本試驗中,在進水COD2)傳統(tǒng)型垂直流人工濕地NH3)秋季至冬季,沸石型和沸石-煤渣型濕地系統(tǒng)的TN脫除率下降幅度明顯,分別從75.2%、61.7%降至44.0%、37.5%.傳統(tǒng)型濕地由秋季22.7%降至14.8%.TN去除效率的降低與冬季垂直流人工濕地系統(tǒng)中較弱的硝化與反