人工浮島中處理生活污水的試驗(yàn)研究

潘智勇

人工浮島中處理生活污水的試驗(yàn)研究

潘智勇

福建省偉邦市政環(huán)保工程設(shè)計(jì)研究院有限公司

通過由美人蕉、燈心草、菖蒲多種植物構(gòu)建的人工浮島，試驗(yàn)研究其在動(dòng)態(tài)條件下對(duì)生活污水中氮、磷的去除效果。結(jié)果表明：停留時(shí)間7d時(shí)，TN、NH4+-N、TP的去除率平均為66.4%、79.6%、78.1%。試驗(yàn)證明了組合植物的人工浮島在生活污水處理中具有良好的應(yīng)用前景。

人工浮島 生活污水 氮磷去除 試驗(yàn)

人工浮島技術(shù)就是將水生植物或部分陸生植物固定在載體上，通過植物對(duì)氮磷的吸收作用以及植物根系附著微生物對(duì)污染物的降解作用，達(dá)到去除富營(yíng)養(yǎng)化水體氮磷的目的。自20世紀(jì)70年代以來，以水生植物為核心的生態(tài)處理技術(shù)在污水處理和水體修復(fù)中被廣泛研究和應(yīng)用，工程實(shí)踐表明，該技術(shù)具有低投資、低能耗等優(yōu)點(diǎn)，近年來已成為環(huán)保領(lǐng)域的一個(gè)研究熱點(diǎn)。由于可充分利用水面直接從水體中去除污染物，無需占用土地，因而人工浮島大都用于富營(yíng)養(yǎng)化水體水質(zhì)的改善。但對(duì)人工浮島在動(dòng)態(tài)條件下去除生活污水污染物的效果研究較少，本研究在構(gòu)建多種植物共存的人工浮島的基礎(chǔ)上，通過在浮島上植物組合，探討了其對(duì)生活污水水質(zhì)的動(dòng)態(tài)凈化特性，對(duì)凈化機(jī)理進(jìn)行了定量解析。

1 材料與方法

1.1 主要材料

美人蕉、燈心草、菖蒲作為人工浮島植物；聚苯乙烯發(fā)泡沫板：規(guī)格長(zhǎng)40cm，寬40cm，厚2.5cm，在板上打孔，孔間距根據(jù)不同植物適宜的種植密度而定，整板可以漂浮于水面。試驗(yàn)場(chǎng)地：某水源一級(jí)保護(hù)區(qū)內(nèi)的一個(gè)村莊污水處理站。試驗(yàn)用水: 農(nóng)村生活污水。試驗(yàn)用水水質(zhì)數(shù)據(jù)如表1所示。

表1　試驗(yàn)用水水質(zhì)數(shù)據(jù)

1.2 主要儀器

紫外/可見分光光度計(jì)，高壓滅菌鍋，電熱板，恒流泵，試驗(yàn)水池（尺寸為1.20m×1.20m×0.65m），以及其它試驗(yàn)室常用儀器。

1.3 檢測(cè)方法

總氮（TN）：過硫酸鉀氧化，紫外分光光度法；總磷（TP）：鉬銻抗分光光度法；氨氮（NH4+-N）：納氏試劑比色法；硝氮（NO3--N）：酚二磺酸分光光度法。

1.4 試驗(yàn)方法

挑選美人蕉、燈心草、菖蒲各16株，高度約為20～30cm；將燈心草與菖蒲、菖蒲與美人蕉、燈心草與美人蕉相混合的形式分成兩列固定在塑料泡沫板上，每列視植株大小固定一種植物6株，最后以美人蕉、燈心草、菖蒲相混合分成三列固定在塑料泡沫板上，每列視植物大小固定一種植物4株。

為了研究人工浮島對(duì)生活污水水質(zhì)的實(shí)際凈化效果，考察在不同水體交換條件下的動(dòng)態(tài)凈化效果并定量解析其凈化機(jī)理，在試驗(yàn)水池中部放置上述人工浮島。生活污水經(jīng)恒流泵平行連續(xù)進(jìn)入各個(gè)水池。為了模擬生活污水實(shí)際水體停留時(shí)間，設(shè)置池內(nèi)水體的停留時(shí)間為3d、4d、5d、6d和7d。試驗(yàn)進(jìn)行時(shí)間為夏秋交替的九、十月，期間平均氣溫為24.3°C。

2 結(jié)果與討論

2.1 組合型人工浮島去除水體中TN試驗(yàn)

圖1表明，TN進(jìn)水濃度在11.24～13.29 mg/L之間，出水濃度在4.31～9.01 mg／L之間。去除率隨水體停留時(shí)間的延長(zhǎng)呈增長(zhǎng)趨勢(shì)，水體停留時(shí)間為3d時(shí)人工浮島的平均去除率為30.2%～32.7%,5d時(shí)為45.3%～52.1%,在此區(qū)間去除率增長(zhǎng)速度較快,之后趨于平緩,7d時(shí)達(dá)到54.5%～66.6%。

較長(zhǎng)的停留時(shí)間有利于除N，N去除率的變化是植物吸收、氨化、硝化及反硝化反應(yīng)的共同結(jié)果，人工浮島對(duì)N去除率變化速率以5d為界限，過長(zhǎng)的停留時(shí)間將使N去除率變化速率趨勢(shì)減緩。雖然TN去除率整體呈線性上升趨勢(shì)，由3d時(shí)的31.2%上升至7d時(shí)的66.4%，停留時(shí)間的延長(zhǎng)有利于氮的進(jìn)一步去除。在動(dòng)態(tài)條件下的人工浮島研究較為缺乏，但在相同水體中進(jìn)行的單一植物介質(zhì)試驗(yàn)，水體停留時(shí)間為7d時(shí)TN去除率為42.1%，明顯低于組合型人工浮島的去除率，表明組合型人工浮島通過不同植物之間相互作用對(duì)TN去除率的提高具有顯著效果。

在四種組合型人工浮島中，以燈心草、菖蒲、美人蕉三種植物組成的人工浮島處理效果最佳，停留時(shí)間為7d時(shí)的TN去除率可以達(dá)到66%以上，均高于其它兩種植物組成的人工浮島。在試驗(yàn)中觀察到，美人蕉根系尤為發(fā)達(dá)，又最長(zhǎng)，菖蒲次之，最短為燈心草，三種植物根系分別吸收在不同水層的N，加上由于植物的光合作用，使根系周圍不同水層產(chǎn)生了更多的溶解氧，讓好氧微生物大量生長(zhǎng)，分解更多的有機(jī)氮，使氮的去除率得到了最大化。

圖1 不同組合植物的人工浮島在不同停留時(shí)間試驗(yàn)TN進(jìn)出水濃度及去除率

2.2 組合型人工浮島去除水體中NH4+-N試驗(yàn)

圖2表明，NH4+-N進(jìn)水濃度在9.63～10.39mg/L之間，出水濃度在1.95～6.35 mg／L之間。去除率隨水體停留時(shí)間的延長(zhǎng)呈增長(zhǎng)趨勢(shì)，停留時(shí)間為3d時(shí)，人工浮島的平均去除率為35.5%～38.5%,5d時(shí)為69%～72.2%,在此區(qū)間去除率增長(zhǎng)速度較快,之后趨于平緩,7d時(shí)達(dá)到76.4%～79.6%。

在四種組合型人工浮島中，由燈心草、菖蒲、美人蕉三種植物組成的人工浮島處理效果比其它任意兩種植物組合的人工浮島都要好，停留時(shí)間為7d時(shí)的NH4+-N去除率達(dá)到了79.6%。

從圖1和圖2可以得出：NH4+-N去除率比TN的去除率要高，說明人工浮島系統(tǒng)能優(yōu)先去除水體中的NH4+-N。這可能由于本試驗(yàn)的試驗(yàn)水體較小，溶解氧含量較高，導(dǎo)致植物作用過程硝化反應(yīng)速度較快，從而NH4+-N的去除率較高且穩(wěn)定。

圖2 不同組合植物的人工浮島在不同停留時(shí)間試驗(yàn)NH4+-N進(jìn)出水濃度及去除率

2.3 組合型人工浮島去除水體中TP試驗(yàn)

圖3表明，進(jìn)水TP濃度在5.14～5.55mg/L之間變化，平均去除率介于68.6%～78.1%之間，與TN和NH4+-N相同，隨著水體停留時(shí)間的增加，去除率整體上升。

同樣組合型人工浮島去除TP變化速率以5d為界，過長(zhǎng)的水體停留時(shí)間將引起P的去除變化速率減緩。在動(dòng)態(tài)條件下組合型人工浮島比單一植物的人工浮島去除磷的效率要高，從而又體現(xiàn)了植物之間相互促進(jìn)作用對(duì)去除率的提高。

圖3 不同組合植物的人工浮島在不同停留時(shí)間試驗(yàn)TP進(jìn)出水濃度及去除率

由三種植物組成的混合植物型人工浮島在7d水體停留時(shí)間條件下，去除P的效率達(dá)到了78.1%，比其余兩種植物組成的人工浮島去除率要高。試驗(yàn)中可觀察到，三種植物的根系長(zhǎng)度不一，使得對(duì)不同水層的P有吸附吸收作用，同時(shí)植物的光合作用使得植物根系產(chǎn)生氧，使不同水層溶解氧增多，從而為聚磷菌提供了良好的條件，而聚磷菌的產(chǎn)生對(duì)污水中P的去除很重要，對(duì)有機(jī)磷的降解率也有提高，提高了P的總體去除水平。

3 結(jié)論

3.1 在動(dòng)態(tài)條件下，組合型人工浮島對(duì)TN、NH4+-N和TP去除率隨水體停留時(shí)間的增加而增加，當(dāng)水體停留時(shí)間到達(dá)5d后，隨停留時(shí)間的增加而迅猛增加，7d時(shí)各種污染物平均去除率為：TN=66.4%，NH4+-N=79.6%，TP=78.1%。

3.2 通過多種植物間的促進(jìn)改善作用，三種植物組成的人工浮島對(duì)TN、NH4+-N、TP的去除率比兩種植物組成的人工浮島要高。

3.3 試驗(yàn)認(rèn)為，在實(shí)際運(yùn)用中，組合型人工浮島對(duì)生活污水中氮、磷去除能起到良好的效果。

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