垂直流濕地污水處理效果影響因素探究

范天麗，楊雨晗

(昆明綠地環(huán)保工程咨詢有限公司，云南 昆明 650100)

0 引言

濕地是一種復(fù)雜的自然綜合體，濕地是陸地與水體之間的過(guò)渡帶，具有獨(dú)特的生態(tài)結(jié)構(gòu)和功能。1982年3月12日修正的“國(guó)際濕地公約”中，把濕地定義為：不問(wèn)其為自然或人工、長(zhǎng)久或暫時(shí)之沼澤地、濕源泥炭地或水域地帶：帶有或靜止或流動(dòng)、或?yàn)榈?，半咸水或咸水水體者，包括低潮時(shí)水深不超過(guò)6cm的水域。它像天然的過(guò)濾器，有助于減緩水流的速度，當(dāng)含毒物和雜質(zhì)(農(nóng)藥、生活污水和工業(yè)排放物)的流水經(jīng)過(guò)濕地時(shí)，流速減慢有利于毒物和雜質(zhì)的沉淀和排除，一些濕地生物能有效地吸收水中的有毒物質(zhì)，凈化水質(zhì)。

人工濕地是一種由人工建造和監(jiān)督控制的，與沼澤地類似的地面。人工濕地是為處理污水而人為設(shè)計(jì)建造的，是20世紀(jì)70年代發(fā)展起來(lái)的新型廢水處理工藝。它根據(jù)自然濕地生態(tài)系統(tǒng)中物理、化學(xué)、生化反應(yīng)的協(xié)同作用來(lái)處理廢水，一般由人工基質(zhì)(一般碎石)和生長(zhǎng)在其上的水生生物組成，是一個(gè)獨(dú)特的土壤-微生物系統(tǒng)。

垂直流人工濕地，污水從濕地表面縱向流向填料床的底部，床體處于不飽和狀態(tài)，氧可通過(guò)大氣擴(kuò)散和植物傳輸進(jìn)入人工濕地系統(tǒng)，垂直流人工濕地的硝化能力高于水平潛流人工濕地，可用于處理氨氮含量較高的污水，其缺點(diǎn)是對(duì)有機(jī)物的去除能力不如水平潛流人工濕地系統(tǒng)，落干或淹水時(shí)間較長(zhǎng)，控制相對(duì)復(fù)雜。

利用實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有材料，設(shè)計(jì)6個(gè)污水處理方案。統(tǒng)一添加污水，比較不同處理裝置、不同處理措施對(duì)氮磷及COD的去除效果，最終得出最優(yōu)污水處理裝置。通過(guò)這個(gè)實(shí)驗(yàn)，增強(qiáng)對(duì)影響氮磷處理效果因素的了解，為污水處理研究貢獻(xiàn)一份自己的力量。

1 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

1.1 實(shí)驗(yàn)裝置

本實(shí)驗(yàn)6個(gè)方案都是采用敞口塑料柱子，共24個(gè)柱子，每個(gè)柱子各有兩個(gè)導(dǎo)水管(一上一下，上面的導(dǎo)水管擱置，在圖中省略)，填料為自己設(shè)計(jì)裝填，各組的填料及配比均不相同。裝置見(jiàn)圖1。

1.2 材料配比及污水配比情況

實(shí)驗(yàn)中各方案設(shè)計(jì)的填料材料及配比均不一樣，即有6種不同的設(shè)計(jì)方案。各方案各有四個(gè)柱子，構(gòu)成平行對(duì)照。實(shí)驗(yàn)所用的填料分別為：腐殖質(zhì)、礫石、陶粒、細(xì)沙、粗沙、土、珍珠巖、火山巖、公分石等。具體配比見(jiàn)表1。

實(shí)驗(yàn)所處理的污水執(zhí)行《GB 8978-1996污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》一級(jí)A標(biāo)，TN:15mg/L；TP:0.5mg/L；COD:50mg/L；BOD5：50mg/L。具體添加情況、污水配方見(jiàn)表2。

1.3 污水測(cè)定方法計(jì)算公式

總氮的測(cè)定方法為堿性過(guò)硫酸鉀紫外分光光度法，總磷的測(cè)定方法為鉬酸銨分光光度法。其中流速則分別于9月14日、11月14日、11月21日按重量法測(cè)定；測(cè)定其5s、10s、30s、1min、2min和5min的流出的水的重量。

表1 各方案填料內(nèi)容、高度及重量情況

表2 項(xiàng)目配比情況表

2 結(jié)果分析

2.1 流速、導(dǎo)水率的變化趨勢(shì)

本次實(shí)驗(yàn)分別于9月14日、11月14日、11月21日測(cè)定流速，故分別有三個(gè)導(dǎo)水率，每個(gè)方案各取一個(gè)具代表性的柱子數(shù)據(jù)做對(duì)照。

從圖2、圖3、圖4可知：整體來(lái)看，隨著時(shí)間的推移，多數(shù)方案的流速、導(dǎo)水率、當(dāng)量孔徑均變小，但是幅度不太一樣，導(dǎo)水率的變化幅度相對(duì)更大，流速次之，當(dāng)量孔徑的變化幅度相對(duì)最小。各組的具體變化幅度也不一樣。單從流速來(lái)看，各個(gè)組的流速大致呈一條直線，都隨著時(shí)間的推移呈下降趨勢(shì)。若是結(jié)合填充物來(lái)看，方案1裝置的填料中沒(méi)有土壤或腐殖質(zhì)，流速也都大于其他方案，說(shuō)明方案1的處理量相對(duì)較大。其他土壤或腐殖質(zhì)相對(duì)較多方案的裝置流速都低于方案1，這也說(shuō)明了流速受填料材料的影響。而大多數(shù)土壤或腐殖質(zhì)相對(duì)較多組的設(shè)計(jì)裝置剛開(kāi)始運(yùn)行時(shí)，土壤基質(zhì)對(duì)水分的吸附和保持能力都還比較弱，但隨著時(shí)間的推移，生物膜的生長(zhǎng)，污水的停留時(shí)間變長(zhǎng)，故流速也相應(yīng)降低。綜合來(lái)看，方案6的流速和當(dāng)量孔徑是最高的，導(dǎo)水率第二，總體來(lái)說(shuō)，方案6的處理量是最大的。經(jīng)與填料對(duì)照，方案6的填料是按照孔隙大小搭配的，即一大一小相互岔開(kāi)；而且其生物膜長(zhǎng)的也不錯(cuò)，既保證了處理量，又為污水處理的質(zhì)量提供了保障。

圖2 流速隨時(shí)間推移的變化趨勢(shì)

圖3 導(dǎo)水率隨時(shí)間推移的變化趨勢(shì) 圖4 當(dāng)量孔徑隨時(shí)間推移的變化趨勢(shì)

2.2 TN、TP、COD的去除

從圖5可以看出，濃度越低，處理效果越好。方案1的處理效果是最好的，達(dá)到了地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的Ⅰ類水標(biāo)準(zhǔn)；方案5的處理效果也不錯(cuò)，達(dá)到了Ⅴ類水的標(biāo)準(zhǔn)；方案6的最差，其他方案都沒(méi)有達(dá)到預(yù)期的處理效果。若是只考慮脫氮率，方案1相對(duì)來(lái)說(shuō)是比較好的，流速又快，除氮率又高，但通過(guò)表4可知，其相關(guān)性不是很好?？傮w來(lái)說(shuō)，所有方案的裝置在除氮方面都有一定的效果，但是沒(méi)達(dá)到預(yù)期的效果，說(shuō)明裝置還需進(jìn)一步改進(jìn)。

圖5 各方案TN的處理后的濃度

表3 地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)基本項(xiàng)目標(biāo)準(zhǔn)限值(GB 3838-2002) (mg/L)

表4 COD、TN、TP相關(guān)性表 (mg/L)

從圖6可以看出，方案5的裝置在除磷方面是最好的，方案2、方案4次之，方案3緊隨其后，方案6最差。從圖7可以看出，方案6和方案4的 COD去除也是最好的，最終達(dá)到了地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的Ⅳ類水標(biāo)準(zhǔn)；方案3、方案1次之，達(dá)到了Ⅴ類水標(biāo)準(zhǔn)；方案2最差。

圖6 各方案TP的處理后的濃度 圖7 各方案COD的處理后的濃度

綜合來(lái)看：方案6的實(shí)驗(yàn)裝置TN、TP、COD處理效果最好，但是其流速、當(dāng)量孔徑、導(dǎo)水率方面不太理想。經(jīng)與其填料結(jié)合來(lái)看，該組的填料總高度為25cm,單土和腐殖質(zhì)的高度就為15cm，占了整整60%，而其處理效果也最好，對(duì)比其他組的腐殖質(zhì)和土所占的比例，也跟其處理效果有關(guān)。方案6在總氮、總磷、COD方面的處理效果不是很好，但其處理量很大。方案1的流速快，導(dǎo)水率和當(dāng)量孔徑方面也不錯(cuò)，而且總氮處理效果很好，COD的處理也基本達(dá)標(biāo)，但是總磷的處理效果就不是那么理想。其他組的處理效果和流速都居于中間水平，而且也沒(méi)能達(dá)到理想效果。

3 結(jié)論

(1)流速受填料自身性質(zhì)的影響。

(2)總氮、總磷、COD的處理效果與裝置中土和腐殖質(zhì)的總量有一定關(guān)系。

(3)不能追求處理量和處理效果都最大化，只能找到一個(gè)最佳平衡點(diǎn)。