太湖流域生態(tài)塘與人工濕地組合工藝脫氮除磷效果研究

太湖流域生態(tài)塘與人工濕地組合工藝脫氮除磷效果研究

0生活污水處理目前，許多城市的廢水處理主要集中在二級生物廢水處，可以有效清除廢水中的有機碳和懸浮物。然而，由于其自身的原因，氮、磷等養(yǎng)分的去除效果較低。一般來說，去除率為10%-20%，廢水水質(zhì)難以滿足國家排放標準。而人工濕地和生態(tài)塘具有投資及運行費用省、能耗低和維護方便等優(yōu)點,可將其作為常規(guī)生物處理工藝的補充,有效削減受納水體的污染物負荷,因此廣泛應(yīng)用于面源污染控制和湖泊綜合治理。蘇州三山島位于太湖中,地理位置特殊,生活污水排放會直接影響太湖水質(zhì)。鑒于該地區(qū)農(nóng)村生活污水分散、量小和水質(zhì)水量變化大等特點,以及現(xiàn)有二級生化處理出水水質(zhì)難以滿足太湖流域執(zhí)行的嚴格排放標準,同時結(jié)合該島生態(tài)景觀和旅游建設(shè)發(fā)展的需要,本研究采用易與景觀相結(jié)合的生物生態(tài)處理技術(shù),即人工濕地與生態(tài)塘組合工藝,對三山島生活污水經(jīng)A2/O二級工藝處理后進行深度處理。季節(jié)變化對生態(tài)處理工藝效能有較大影響,易導致其除污能力下降,對此尚無有效解決途徑。目前,針對季節(jié)變化對A2/O工藝+人工濕地和生態(tài)塘組合工藝影響的研究鮮有報道。本文主要考察季節(jié)變化對人工濕地與生態(tài)塘組合工藝除污性能的影響,以期為本地區(qū)相關(guān)生物及生態(tài)治理技術(shù)的設(shè)計和運行提供有益的經(jīng)驗參數(shù)。1試驗部分1.1前處理系統(tǒng)設(shè)計生物+生態(tài)處理系統(tǒng)主要包括前處理系統(tǒng)和人工濕地與生態(tài)塘組合工藝兩部分,太湖三山島農(nóng)村生活污水通過污水管網(wǎng)接管至前處理系統(tǒng)(見圖1)。前處理系統(tǒng)的主體構(gòu)筑物為A2/O污水處理廠,設(shè)計進水水量為1000m3/d。人工濕地與生態(tài)塘組合工藝主要包括生態(tài)塘和潛流人工濕地(見表1),總面積為11000m2,總有效容積為11812.60m3,總水力停留時間為283.50h左右。1.2設(shè)計水量及水質(zhì)人工濕地與生態(tài)塘組合工藝采用原水為城鎮(zhèn)污水處理廠尾水:ρ(COD)為33.91~58.09mg/L,ρ(NH4+-N)為3.57~9.62mg/L,ρ(TN)為5.76~13.88mg/L,ρ(TP)為1.11~2.04mg/L,ρ(SS)為10mg/L,pH為6~8。本工藝設(shè)計水量為1000m3/d,24h運行。2011年6月開始投配污水,三山島的主要產(chǎn)業(yè)為旅游業(yè),污水水質(zhì)水量受游客量以及季節(jié)的影響較大,冬季平均進水量在150m3/d,春秋季平均進水量在300m3/d,夏季平均進水量在500m3/d。1.3取樣點位置的設(shè)置試驗時間為2011年6月—2012年12月。試驗初期2011年6—8月,每隔7d采集監(jiān)測水樣1次,即每月的監(jiān)測頻率為4次/月;9月以后監(jiān)測頻率為2次/月。取樣點位置的設(shè)置(見圖2):A2/O出水口設(shè)置為1號取樣點;兼性生態(tài)塘A出水端設(shè)置為2號取樣點,并在表層下1/4、3/4水深處分別取樣;濕地B1單元出水端設(shè)置為3號取樣點;濕地B2單元出水端設(shè)置為4號取樣點;濕地B3單元出水端設(shè)置為5號取樣點;好氧生態(tài)塘C系統(tǒng)中部設(shè)置為6號取樣點;兼性生態(tài)塘D進水端設(shè)置為7號取樣點;兼性生態(tài)塘D出水端設(shè)置為8號取樣點。試驗分析方法采用國家環(huán)?？偩职l(fā)布的標準方法。2試驗結(jié)果與討論2.1cod的去除人工濕地組合工藝對COD去除效果見表2。由表2可知:在夏、秋、冬、春4個季節(jié)系統(tǒng)對COD具有較好的去除效果。當進水ρ(COD)平均為(47.54±5.56)mg/L時,平均去除率為(60.78±5.17)%,出水ρ(COD)平均為(18.44±1.72)mg/L,可達GB3838—2002《地表環(huán)境質(zhì)量標準》Ⅲ類標準(ρ(COD)=20mg/L)。從對系統(tǒng)COD平均去除率和單位面積COD去除量來看,不同季節(jié)組合工藝對COD去除能力分別為:夏季>秋季>春季>冬季,這與徐康寧等的報道結(jié)果相似。一般認為,生態(tài)處理系統(tǒng)對COD去除途徑主要包括以下3種:1)不溶性有機物先由生態(tài)處理系統(tǒng)中的填料和植物根系截留,而后被微生物代謝降解;2)溶解性有機物可通過填料和根系上的生物膜吸附、吸收和代謝降解;3)吸附和沉淀的有機物由填料的更換,植物的收割去除。由此可見,大部分COD主要是由微生物生物代謝降解去除。在本系統(tǒng)中,夏、秋和春季較冬季高,而夏季溫度最高,微生物代謝活躍,COD去除效果最好;冬季氣溫則最低,COD去除效果最差。2.2去氮效果2.2.1nh4+-n去除量人工濕地組合工藝對NH4+-N去除效果如表3所示。由表3可知:不同季節(jié)系統(tǒng)對NH4+-N具有較好的去除效果,去除率分別為:冬季>夏季>秋季>春季,而單位面積NH4+-N去除量分別為:夏季>秋季>春季>冬季。當進水NH4+-N平均濃度為(2.35±0.46)mg/L時,平均去除率為(66.00±5.25)%,出水NH4+-N平均濃度為(0.77±0.13)mg/L,可達GB3838—2002Ⅲ類標準(ρ(NH4+-N)為1.0mg/L)。2.2.2植物系統(tǒng)氮的去除人工濕地組合工藝對TN的去除效果如表4所示。由表4可知:不同季節(jié)系統(tǒng)對TN去除效果差異較小,TN去除率均在60%以上。當進水ρ(TN)為(5.84±1.05)mg/L時,平均去除率為(62.26±3.83)%,出水平均ρ(TN)<2.19mg/L,接近GB3838—2002Ⅴ類標準,即ρ(TN)(湖、庫以N計)為2.0mg/L。研究表明,氮素的去除主要包括填料的吸附、吸收和過濾等物理作用,生物的同化作用以及植物根系、填料與填料以及填料土壤之間形成的好氧、缺氧和厭氧區(qū),有利于微生物進行硝化-反硝化作用脫氮;其中,微生物的硝化-反硝化作用對組合工藝的脫氮貢獻較大。此外,系統(tǒng)單位面積氮的去除量分別為:夏季>秋季>春季>冬季,這主要受溫度的影響較大。三山島夏季的平均氣溫為28℃左右,冬季的平均氣溫為2.9~3.3℃,年平均氣溫為15.7~16.0℃。Crites研究表明,當溫度為10℃時硝化速率比較穩(wěn)定,而溫度低于10℃時,濕地的脫氮效果明顯下降;而氮去除率分別為:冬季>夏季>秋季>春季。究其原因,三山島的污水水質(zhì)水量受游客量的影響較大,旅游淡季(冬季)進水量為150m3/d,進水N負荷較低,所以冬季去除效果較好。秋季和春季進水量為300m3/d,夏季進水量為500m3/d左右,進水氮負荷較高,因此氮去除率較冬季差。2.3進水tp時,各微生物的去除效果人工濕地組合工藝對TP去除效果,如表5所示。由表5可知:不同季節(jié)系統(tǒng)對TP均具有較好的去除效果,去除效率和單位面積TP去除量順序:夏季>秋季>春季>冬季,但去除效果差異小。當進水ρ(TP)為(0.68±0.10)mg/L時,平均去除率為(92.84±1.89)%,出水ρ(TP)<0.05mg/L,可達GB3838—2002Ⅲ類標準(湖、庫的ρ(TP)為0.05mg/L)。在生態(tài)處理系統(tǒng)中,P的去除方式主要包括微生物的固定、物理化學作用和植物的吸收。其中,填料的物理化學作用和微生物吸收是除磷的主要方式。在生態(tài)處理系統(tǒng)的運行初期大部分除磷填料對磷去除率可達90%以上。此外,在本系統(tǒng)運行期間,夏季和春季溫度較冬季高,微生物新陳代謝旺盛,活性強,去除效果好。3污染物設(shè)計及去除效果以蘇州太湖三山島污水處理廠尾水為水源,通過季節(jié)變化對人工濕地與生態(tài)塘組合工藝脫氮除磷的研究,試驗結(jié)果表明:1)在不同季節(jié)下,系統(tǒng)對COD、NH4+-N和TP均具有較好的去除效果,平均出水可達GB3838—2002Ⅲ類標準。而對TN去除效果一般,平均出水水質(zhì)接近GB3838—2002Ⅴ類標準。2)不同季節(jié),系統(tǒng)對各污染物的去除率相差不大。