污水处理厂尾水回用工艺研究

污水处理厂尾水回用工艺研究

近年来，随着经济和社会的发展和人口的增加，水污染已成为一个非常严重的现实问题。许多国家面临着严重的水资源短缺危机。在此背景下,我国加快了对污水厂的建设及污水厂尾水深度处理的投资力度。传统的尾水深度处理包括活性炭吸附、臭氧氧化、臭氧-生物活性炭吸附和膜法分离等,但这些技术处理成本高昂。人工湿地技术具有投资、运行和管理费用低等特点,在许多国家作为污水二级、三级处理的替代技术。洪泽县地处江苏省中部,其境内白马湖为“南水北调”东线工程输水主干道。为确保白马湖水质安全,兴建了清楹尾水湿地处理工程,用于对2座污水处理厂所出尾水进行深度处理。采用一种生态工程,即塘系统、人工湿地相间组合工艺对其中1座污水处理厂尾水的处理效果进行了研究,以期为生态工程对尾水的处理提供相关基础支撑和相关资料。1实验部分1.1太阳能水生态修复系统的水岸带设置该系统工程主要由曝气塘、兼性塘、表面流人工湿地和生态塘通过串联的方式构成。为增加水中DO含量以提高系统对尾水的净化性能,在曝气塘、兼性塘和生态塘系统分别安置了5、2、1台太阳能水生态修复系统。1#~5#表面流湿地种有常绿鸢尾、水葱、香蒲等10余种水生植物,具体工艺流程见图1;塘系统和表面流人工湿地系统设计参数分别见表1。1.2tp、nh3-n的质量浓度在持续监测阶段系统进水污染物含量波动较大,TN、TP、NH3-N的质量浓度分别为6.67~22.1、0.08~4.01、3.84~15.44mg/L,CODMn为6.57~21.24mg/L。1.3试剂和仪器pH,便携式pH计;DO含量和温度,便携式溶解氧仪;CODMn:滴定法;TP含量,钼锑抗分光光度法;NH3-N含量,纳氏试剂分光光度法;TN含量:过硫酸钾紫外分光光度法。2结果与讨论2.1不同季节动态湿地植物tn的去除效果TN的去除情况如图2和表2所示。由图2可知,不同月份系统进水TN含量有波动。系统出水TN的质量浓度5、9月份为5mg/L以下,12月出水TN的质量浓度在15mg/L左右,皆能达到GB18918-2002的一级A标准。由表2可知,不同月份系统对于TN的去除效果存在差别,5、9月系统对TN去除效果较好,12月份系统对TN的去除效果不佳。其原因为温度较低影响了微生物的活性;同时植物的凋落导致氮素重新释放至水体,导致二次污染。其中5月份塘系统对TN的去除效果优于湿地系统,原因为5月份湿地植物正处于生长期,整个湿地系统处于启动期间,凋落的茎叶和老化的根系在启动期间释放部分营养素。9月份湿地系统对于TN的去除效率远高于塘系统。原因为此时湿地植物生物量大,同时植物根系为微生物提高了较好的生长环境。2.2不同季节和季节动态气调湿系统nh3-n的去除效果NH3-N的去除情况如图3和表3所示。由图3和表3可知,不同月份进水NH3-N含量有波动,系统5、9、12月份出水NH3-N的质量浓度分别为2、3、10.5mg/L。系统对于NH3-N的去除效果与对TN的去除效果有类似。5、9月系统对于NH3-N的去除效果明显优于12月份。冬季较低的温度影响微生物的活性同时由于植物凋落物的腐败降解,导致系统净化能力的下降。5月份塘系统对NH3-N的去除效果优于湿地系统,原因在于湿地系统处于启动期,植物凋落物还有部分释放,同时植物微生物活性需要一定时间恢复。9月份湿地植物生物量丰富,植物根系发达,为微生物提供了良好的生长环境。因此9月份湿地系统对NH3-N的去除达到了61.1%。2.3codn的去除CODMn的去除情况如图4和表4所示。由图4和表4可知,不同月份系统进水CODMn不同。5、9、12月时系统出水CODMn分别为5、8、14mg/L。对比发现塘系统及湿地系统对于CODMn去除率差异性不显著(F(2,5)=0.014)。不同时间段系统对于CODMn去除率在35.5%~44.3%。分析原因,对于CODMn的去除有植物直接吸收、植物根系释放分泌物和酶、微生物的等协同作用。其中微生物作用是废水中有机污染物降解的主要机制。同时CODMn的去除效率在温度高于5℃以上时受温度作用的影响不大。2.4基质除磷工艺TP的去除情况如图5所示。由于TP进出水含量都很低,且波动较大,因此未对系统对TP的去除率做考察。由图5可知,5、9月进水TP的质量浓度在0.1mg/L左右,12月份进水TN的质量浓度提高至0.25mg/L左右。通常认为基质除磷是湿地除磷的主要方式;同时基质吸附磷的过程为可逆过程,当污水中的磷含量相对较低时,基质中被吸附的磷会重新解析回至水中。该湿地的基质主要为细沙和碎石,袁东海等的研究发现,砂子对磷吸附后解析率较大。因此系统TP含量呈动态平衡状态。2.5讨论2.5.1生物处理系统设计工程在设计之初考虑到进水水质及水量等因素,采用了塘-人工湿地组合的生态工艺设计方案。人工湿地污水处理系统具有出水水质稳定,对N、P去除能力强,基建运行费用低,易于维护,耐冲击负荷强等优点。但人工湿地中植物受季节影响因素较大,故工程增建了塘处理系统。稳定塘污水处理系统具有基建投资和运转费用低、维护和维修简单、能有效去除污水中的有机物和病原体等优点,同时研究表明串联稳定塘较单塘BOD、COD、N和P的去除率高且所需水力停留时间更短。尾水沿程进入曝气塘和兼性塘后,首先好氧的环境有利于微生物将污水中大分子有机物降解为小分子有机物。污水生物脱氮途径中微生物的硝化反硝化是主要的脱氮方式。而微生物的硝化反硝化途径需要好氧-厌氧环境,因而采用了兼性塘以提供好氧-厌氧环境。经过曝气塘和兼性塘处理后尾水采用3级串联表面流湿地系统强化处理效果。由实验结果可知,湿地系统随季节变化处理效果相差较大,9月湿地系统对尾水处理效果明显优于5月和12月,为减少季节变化对系统处理效果的冲击。设计在1#~5#表面流湿地中增建了生态塘以缓冲。系统运行中,实际情况与理想状态对湿地运行的影响有待进一步研究。2.5.2不同季节各期氧含量变化污水中的DO含量是影响污水净化性能的重要因素。一般而言,DO含量高有利于提高微生物的净化性能。曝气塘、兼性塘、生态塘安装的太阳能水生态修复系统,其主要功能是利用太阳能电机系统将水体底层低DO含量的水提升到表层,而提升到表层的低DO含量的水以层流状缓慢流出而形成表面流,提高了大气和水面的氧含量梯度,从而加快了水气界面大气复氧速度。在实验监测过程中,不同月份各处理单元DO含量如表5所示。由表5可知,DO含量沿程呈递减趋势,原因为塘系统中的供氧装置增大了水体DO含量,5月湿地系统处于启动期,湿地系统需氧量较大,而生态塘内装有供氧装置,故DO含量在生态塘有小幅回升。9月份湿地系统DO含量和塘系统DO含量相差不大,原因为植物生物量丰富,植物根系泌氧等增大了水体中DO含量。12月湿地系统内生物作用微弱,耗氧较少,故各处理单元DO含量波动不显著。3去除好水质该处理系统对所出尾水处理效果随季节变化有波动性,且湿地系统较塘系统波动显著,但均有一定的去除效果,5月、9月系统处理效果较强,12月份去除效果较差,与进水含量超出设