人工濕地水環(huán)境污水氧化法處理方法研究

亢東梅

關(guān)鍵詞：人工濕地；水環(huán)境；污水；氧化法；去除率

中圖分類號：X703.1 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B

前言

人工濕地是指為提高濕地的生態(tài)修復(fù)能力和凈化污水而人工設(shè)計和建設(shè)的工程系統(tǒng)。人工濕地處理和凈化污水的機(jī)理極其復(fù)雜，由于不同水質(zhì)指標(biāo)和影響因素的不同，人工濕地處理不同水質(zhì)指標(biāo)所反映出的沉淀、離子交換、代謝和吸收機(jī)制也不同。因此，有必要對人工濕地水環(huán)境中污水的處理方法進(jìn)行深入研究。劉洋等人采用石菖蒲進(jìn)行水質(zhì)凈化。申渝等人利用改性微生物絮凝劑對污水進(jìn)行處理。但是上述方法可能對于特定的水體和污染物類型有適應(yīng)性限制。

對此，文章以人工濕地水環(huán)境污水為實驗背景，根據(jù)污水氧化處理流程，設(shè)計實驗方案，通過改變處理過程中的控制參數(shù)變量，探究氧化處理方法對污水中各污染物的去除效果。希望文章研究成果能夠為污水處理方法帶來一定的參考價值。

1實驗準(zhǔn)備

1.1實驗用水及設(shè)備

人工濕地水環(huán)境可以通過物理、化學(xué)等方式對污染水體進(jìn)行過濾和處理，從而獲得凈化的水質(zhì)。為了模擬人工濕地水環(huán)境的進(jìn)水水質(zhì)，在實驗中選擇了復(fù)合人工濕地系統(tǒng)細(xì)格柵后二沉池中的污水。生活污水與工業(yè)污水的體積比為4：6，水質(zhì)指標(biāo)為：COD（化學(xué)需氧量）濃度范圍114.6～563.2 mg/L，pH值6.5，電導(dǎo)率2100 us/cm；NH₄-N（氨氮）濃度范圍20.3～45.6 mg/L，pH值8.2，電導(dǎo)率1256 us/cm；TP（總磷）濃度范圍6.2～10.8 mg/L，pH值3.3，電導(dǎo)率1345 us/cm;TN（總氮）濃度范圍3.6～5.7 mg/L，pH值7.9，電導(dǎo)率879 us/cm；NO₂-N（硝氮）濃度范圍0.2～2.8

mg/L，pH值5.0，電導(dǎo)率2254 us/cm；BOD（生物需氧量）濃度范圍107.6～459.3 mg/L，pH值7.0，電導(dǎo)率1250 us/cm；石油類污染物濃度范圍0.5～2.0mg/L，pH值8.5，電導(dǎo)率496us/cm。

實驗中采用氧化工藝處理進(jìn)水水質(zhì)，實驗過程中使用到的儀器及設(shè)備為：szx - TJ超凈工作臺、HZQ - F160型全溫度振蕩培養(yǎng)箱、YX - 280手提式高壓蒸汽滅菌器、pHS - 25數(shù)顯pH計、UV - 1800紫外分光光度計、TG328A分析天平、TW - 2000W可控調(diào)溫電爐、Fuhe80-1電動離心機(jī)。

對于污水中COD、氨氮、總磷和總氮這4種污染物的濃度分別采用快速消解法、納氏試劑法、重鉻酸鉀比色法、堿性硫酸鈉吸收法和鉑鈷色譜分析法測定。并使用UV -1800分光光度計分析上述污水中污染物的變化。

1.2實驗裝置

實驗裝置包括穩(wěn)定池、過濾器、循環(huán)泵、發(fā)生器和氧化塔以及其他相關(guān)配件。為了采集和分析水樣，應(yīng)沿組合系統(tǒng)的水流方向設(shè)置相對固定的采樣點，水樣1至5的采樣點應(yīng)標(biāo)記如下：系統(tǒng)反洗人口為水樣1的采樣點，穩(wěn)定罐中段為水樣2的采樣點；循環(huán)泵為水樣3的采樣點，發(fā)電機(jī)中段為水樣4的采樣點，系統(tǒng)的出口是水樣5的采樣點。

對于生物膜樣品的采集和分析，應(yīng)在兩個池中的多個相對固定的采樣點采集生物膜樣品，并將每個池的膜樣品混合均勻，作為分析和測試的研究對象。除上述三種生物膜微生物外，還對氨化菌、硝化菌和反硝化菌的數(shù)量進(jìn)行測定和分析，并測定生物膜磷酸酶、脈沖酶和脫氫酶的活性。同時，對生物膜中的優(yōu)勢細(xì)菌進(jìn)行鑒定。

1.3過濾填料選擇

選擇城市污泥再生填料作為氧化實驗裝置中的過濾填料，該填料由脫水污泥經(jīng)造粒干燥和高溫?zé)Y(jié)制成，城市污泥再生填料具有孔隙比大、表面積大、表面粗糙、吸附能力強的特點，滿足微生物在氧化塔內(nèi)的生長條件。氧化反應(yīng)裝置中的過濾填料的鋪設(shè)方法采用反粒徑法，即在裝置內(nèi)部均勻鋪設(shè)兩層過濾填料，并遵循上填料的粒度應(yīng)遠(yuǎn)大于下填料的粒度的原則。因此，在此實驗中，填料上層的粒徑為10～18 mm，下層的粒徑為6～9 mm。這種方法有助于溶解和擴(kuò)散氧化塔中的氧氣。

2基于氧化法的污水處理方法

2.1最佳氣水比確定

溶解氧濃度的比例是氧化裝置中的一個重要控制參數(shù)。向氧化系統(tǒng)中注入適量的氧氣，不僅可以滿足生物膜的生長需求，還可以促進(jìn)老化生物膜的快速分離，產(chǎn)生新的生物膜。因此，確定氧化裝置的最佳氣水比是確保二次出水水質(zhì)達(dá)標(biāo)的重要步驟。實驗開始前，將氣水比參數(shù)設(shè)置為10～20，進(jìn)水溫度保持在18℃，水力停留時間為8h。分別觀察人口和出口環(huán)境中好氧區(qū)的氧含量（DO），通過比較DO值來確定本裝置的最佳氣水比，計算公式如式（1）所示：

基于上述實驗參數(shù)設(shè)定及DO值測定公式，測定的DO值水質(zhì)指標(biāo)見表1。

由表1可知，反應(yīng)器中進(jìn)水與出水的DO濃度不斷增大，氧氣吸收率也逐漸升高，而當(dāng)氧化裝置的氣水比為1：5時，DO測定值最大，之后DO值隨著氣水比的增大而降低。說明當(dāng)氣水比為1：5時，能夠達(dá)到最佳污水處理效果，因此，確定氧化實驗裝置的最佳氣水比為1：5。

2.2氧化處理工藝流程設(shè)計

文章主要采用多段式催化氧化處理工藝凈化人工濕地水環(huán)境污水，主要處理工藝流程見圖1。

氧化處理污水工藝的主要運行參數(shù)為：在向上流時，催化劑層空床水力停留時間為56 min，氧氣投加量為43.2 mg/L，進(jìn)水流量為0.32m³／h；在靜置時，催化劑層空床水力停留時間為30 min，氧氣投加量為36.1mg/L，進(jìn)水流量為0.32 m³／h；在下向流時，催化劑層空床水力停留時間為56 min，氧氣投加量為45.9 mg/L，進(jìn)水流量為0.32m³／h。

3污水處理效果分析

3.1污水COD處理效果分析

將氯酸鈉質(zhì)量與氧化裝置進(jìn)水COD、出水COD與氧化處理后COD的去除率關(guān)系繪制成變化曲線，見圖2。

如圖2所示，在裝置運行初始階段，進(jìn)水COD濃度在53.2～57.9mg·L^-1之間小幅度波動，在連續(xù)進(jìn)水并逐漸增加氯酸鈉質(zhì)量后，COD的去除率基本穩(wěn)定在85%以上，出水COD也趨于穩(wěn)定，表明氯酸鈉含量對氧化處理污水COD是有影響的，當(dāng)氯酸鈉投加量為16mg時，污水COD的降解效果最好。

3.2氨氮處理效果分析

實驗中來自人工濕地水環(huán)境的污水被放入反應(yīng)器中，并以潮汐方式運行。反應(yīng)器中的氧含量控制在3mg/L或以上，潮汐頻率為每天3次，浸沒與排空時間比為2：1，填料膜懸掛的環(huán)境溫度控制在160C至30℃之間。得到的污水氨氮去除效果見圖3。

由圖3可知，開始掛膜的初期，氨氮的去除效果極不穩(wěn)定，且去除率在20%以下，去除效果不佳，進(jìn)水氨氮與出水氨氮濃度基本無明顯差別，直到相同運行12 d后，出水氨氮濃度出現(xiàn)驟降趨勢，最大變化量為24.8 mg·L^-1，直到第15 d，氨氮的去除率達(dá)到80%以上，且去除效果逐漸穩(wěn)定，說明此時污水生物膜掛膜成功，得到二次凈化水，可達(dá)標(biāo)排放。

3.3總磷及總氮去除效果分析

有研究表明，原始污水中的酸堿度即pH值與氧化裝置去除污染物效果具有直接關(guān)系。因此，為探究進(jìn)水pH值對污水總磷、總氮去除效果的具體影響，實驗分別將進(jìn)水pH值在1.5～12.0之間進(jìn)行調(diào)節(jié)，并對裝置運行相同時間下的水樣總磷與總氮含量進(jìn)行監(jiān)測，結(jié)果見圖4。

氧化裝置對不同pH值進(jìn)水水樣中的總磷與總氮的去除效果如圖4所示，可以明顯看出，系統(tǒng)運行期間，隨著水樣pH值的增大，系統(tǒng)對于污水中總磷與總氮的去除率逐漸提升，當(dāng)水樣pH值為7.5時，總磷與總氮的去除率達(dá)到了100%，而當(dāng)水樣pH值持續(xù)增大時，污水總磷與總氮的去除率反而下降，出現(xiàn)這種現(xiàn)象的主要原因是當(dāng)進(jìn)水逐漸偏向于堿性時，氧化池內(nèi)的微生物及易成活細(xì)菌對于穩(wěn)定池內(nèi)的污染物的適應(yīng)能力更強，在曝力剪切作用下，能夠以碎屑形式排除反應(yīng)器，從而影響了去除效果。由此可以說明，當(dāng)進(jìn)水pH值為中性時，污水中總磷、總氮可獲得最佳的去除效果。

3.4不同方法污水處理效果分析

為驗證文章污水處理實用性，以污水處理時間做為測試指標(biāo)進(jìn)行測試，對比方法選用文獻(xiàn)[3]方法與文獻(xiàn)[4]方法作為對比方法進(jìn)行對比分析。結(jié)果見圖5。

根據(jù)圖5可以看出文章方法的處理時間明顯低于對比方法，隨著污水量的增加，文章方法的處理時間始終低于15 d，而對比方法最短時間已超過20 d。由此可見，文章方法的污水處理效率較高，具有實用性。

4結(jié)束語

為深入分析污水氧化處理工藝方法的應(yīng)用效果，文章以人工濕地水環(huán)境污水為實驗背景，根據(jù)污水氧化處理流程，設(shè)計實驗方案，通過改變處理過程中的控制參數(shù)變量，探究氧化處理方法對污水中各污染物的去除效果。實驗結(jié)果表明，人工濕地污水氧化處理方法對生活與工業(yè)混合污水的凈化效果較好，在掛膜期間的COD、氨氮、總磷和總氮去除率穩(wěn)步提升，且波動范圍較小。當(dāng)氯酸鈉投加量為16 mg，進(jìn)水pH值為中性時，氧化處理時間越長，污水中COD、氨氮、總磷和總氮去除效果越好，污水中各污染物的去除率可達(dá)80%以上，使得污水凈化后達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)，且文章方法的污水處理時間始終低于15 d。表明在實際應(yīng)用中，采用氧化法處理在工藝技術(shù)上是可行的，污水處理效果較為穩(wěn)定。