不同基质垂直流人工湿地处理猪场污水效果研究

不同基质垂直流人工湿地处理猪场污水效果研究

人工湿地建设成本高、高度低.我国人工湿地在工业目前，大型养猪场的废水处理存在两个问题：高处理成本和高处理难度（难以达到标准排放）。迫切需要操作简单、操作有效、管理方便的处理方法和设备。建成的湿式肥具有效率高、效率高、易于管理等特点。广泛用于国外的工业废水和生活废水处理。外部环境1.1直流湿地小试系统选用基质为碎石、沸石(产自浙江缙云)和锅炉房煤渣,粒径均为4～8mm.装置设计:垂直流湿地小试系统(图1)尺寸为0.5m×0.5m×0.7m,粒径从下到上逐渐减小.为对比实验结果,设置3个平行反应器,分别为传统型、沸石型、沸石-煤渣型反应器.反应器均由细沙层、基质层、砾石层3部分组成,反应器内种植黑麦草作湿地植物(播种量20g·m1.2试验系统及运行条件人工湿地系统从夏季开始启动,至秋季驯化结束,进入正常运行.采自校区某试验牧场的猪场污水先由上流式水解酸化反应器预处理,停留6h后,出水经沉淀后再由PLC时控器控制的进水泵泵入人工湿地.经水解酸化的猪场污水COD系统驯化及运行:对系统分4个不同稀释倍数阶段进水,由10倍(夏季Ⅰ)、5倍(夏季Ⅱ)、4倍(夏季Ⅲ)、2倍(秋季Ⅳ)逐步提升负荷,最终达到高污染负荷Ⅳ阶段(秋季)即模拟实际工程运行中回流比为1∶1的进水方式.正常化运行从污染负荷提升的最后阶段秋季开始,经过冬季至2005年初夏6月结束.整个试验历时12个月.运行参数:为使3个反应器有对比性,采用恒定的运行条件.负荷提升阶段和正常化运行阶段水力负荷为7.5cm·d试验地点及气温条件:试验在浙江大学华家池校区(杭州市)内进行,各运行阶段气温(平均日最低温度值与平均日最高温度值范围)及水温变化范围见表2.季节划分参照试验年份杭州实际气温变化进行.1.3硝化和反硝化强度分析1.3.1基质硝化强度测定于3个反应器上层10cm、中层20cm、30cm和下层40cm分别取样,准确称取100g基质置于250mL三角瓶中,加入100mL培养液,用脱脂棉塞住瓶口,25℃恒温振荡24h后测定硝态氮浓度(=(式中,1.3.2基质硝化强度测定为了反映垂直流人工湿地系统基质反硝化能力,于3个反应器上层10cm、中层20cm、30cm和下层40cm分别取样,准确称取100g基质置于250mL广口塑料瓶中,加入100mL反硝化培养液,盖住瓶口,外套黑色塑料布,25℃恒温密封避光静置24h,测定硝态氮浓度(=(式中,1.4水质测试系统模拟的人工湿地系统在特定运行阶段运行一段时间后,连续收集8～10周期(每周期4d,每4d取样1次)进水和出水水样进行水质测试,并以水质测试结果的平均值表示系统在该阶段处理效果.各阶段污染物去除率根据进出水平均浓度计算.水质测试项目包括COD贵2.1湿地有机物降解动力学模型垂直流人工湿地各季节去除有机污染物效果见图2.启动阶段结束后,人工湿地进水污染负荷比较稳定,COD垂直流人工湿地启动驯化阶段、正常运行各季节的有机物降解情况可用一级动力学模型模拟(一级模型方程:==式中,方程(3)两边取对数得:ln对试验数据按方程(5)进行拟合后所得回归方程、参数见表3和图3.2.2NH在正常运行阶段,各湿地进水NH2.3基质的硝化反硝化强度图5表示了垂直流人工湿地系统从启动至正常运行过程中,TN去除率在不同季节变化的情况.不同基质的3个人工湿地系统在各季节对TN的去除效率差异也很明显.与NH湿地系统运行1a后,在2005年6月10日对3个垂直流系统的不同高度层基质的硝化反硝化强度进行了分析测定和比较,结果见表4.由表4可知,3种基质系统中,沸石-煤渣型系统各高度层硝化强度均为最高,传统型次之,沸石型系统硝化强度最弱.而从反硝化强度数据可知,沸石型和沸石煤渣型系统的各高度层反硝化强度均高于传统型系统,而其中沸石型系统又略优于沸石-煤渣型系统.2.4tp的去除效果由图6可见各反应器对TP的去除能力逐渐下降,季节性变化对TP去除率影响不是很大.随反应器运行,基质层对TP的去除效率下降明显.沸石型反应器TP去除能力最差,而沸石-煤渣型反应器TP去除率下降幅度相对较小.子宫3.1在线入流浓度对去除率的影响垂直流人工湿地对有机物的去除随季节变化并不显著,并可用一级动力学模型进行模拟.根据一级模型方程(4),理论上的去除率没有极限,只要入流浓度或流量增加,去除率也会相应增加,但实际上在传统的污水处理设施和工艺中都会出现随入流浓度持续增加,系统去除率因受系统固有的处理能力限制不再增加的现象(3.2NH图4表明,传统型对NH春、夏季,采用沸石作为基质的2个系统的NH3.3沸石型和沸石型系统的反硝化强度差异湿地系统TN的去除在启动初期(夏季Ⅰ、Ⅱ阶段)主要通过基质对颗粒态有机氮的截留,对铵态氮、硝态氮的离子交换和吸附来实现.随系统的进一步运行,湿地基质生物膜逐渐形成,系统对TN的去除效率开始稳定增强(夏季Ⅲ—秋季).正常运行阶段不同基质系统TN去除表现出的季节性差异可能有以下原因:①受冬季较低的环境温度影响(最低运行温度小于0℃),反硝化作用受到强烈抑制,造成TN去除率降低(垂直流系统内的反硝化实际上是有机污染物和NO3个系统中基质的硝化、反硝化强度分析显示,传统型系统的硝化强度,尤其是其表层的硝化强度优于沸石型系统,而沸石-煤渣型系统各高度层硝化强度均最强.其中可能的原因是:①沸石型系统采用较大粒径沸石(4～8mm),较大的粒径虽然能够避免短期运行中造成的系统堵塞,但也使微生物可附着生长的比表面积大大下降.这是由于沸石虽然具有多孔性特点,但其孔隙比较小,适合作为分子筛,却不利于大量微生物的生长繁殖(煤渣孔隙直径较大,易于微生物附着生长).②沸石型系统对污水中NH不同基质系统的硝化、反硝化强度与其系统内的氧化还原条件,以及基质孔隙率也有一定关系,3个不同基质构成系统的孔隙率分别为传统型45%、沸石型36.5%、沸石-煤渣型46.5%.因此,系统运行中的供氧效率应为沸石-煤渣型最佳,传统型次之,最后是沸石型.较好的供氧效率保证了沸石-煤渣型和传统型系统内硝化强度较好,同样,较低的供氧效率利于沸石型系统形成较佳的反硝化所需要的缺氧环境,保证了其较强的反硝化强度.表4反硝化强度检测数据表明,沸石型和沸石煤渣型系统的反硝化能力明显优于传统型系统,而沸石型系统又略优于沸石-煤渣型系统(两系统各高度层反硝化强度差别不大).与实际运行过程TN去除率变化吻合.因此,采用沸石作为基质利于系统内反硝化的进行,有助于提高TN的去除力.3.4微生物的去除途径垂直流人工湿地系统磷的去除作用中化学吸附沉淀与微生物的同化作用为磷的主要去除途径(贡献率50%～65%),其它如植物摄取作用等仅占小部分(tn的去除效果1)垂直流人工湿地随季节变化对有机污染物的去除效果差异并不显著.垂直流人工湿地不同处理阶段及季节的有机物降解情况,可用一级动力学降解模型模拟.本试验中,在进水COD2)传统型垂直流人工湿地NH3)秋季至冬季,沸石型和沸石-煤渣型湿地系统的TN脱除率下降幅度明显,分别从75.2%、61.7%降至44.0%、37.5%.传统型湿地由秋季22.7%降至14.8%.TN去除效率的降低与冬季垂直流人工湿地系统中较弱的硝化与反