曝氣-生態(tài)浮床治理氮磷污水凈化效果研究

褚 奇,徐 婷,李 隆,施澄驊

(常州市城市防洪工程管理處,江蘇 常州 213000)

0 引 言

隨著我國(guó)城市建設(shè)步伐的不斷加快,城市污染也日益加重。其中,城市河流污染十分嚴(yán)重,部分城市河道存在富營(yíng)養(yǎng)化,氮、磷超標(biāo),導(dǎo)致出現(xiàn)一系列生態(tài)系統(tǒng)紊亂的問(wèn)題。

為此,許多專家學(xué)者針對(duì)河道水質(zhì)凈化開展了相關(guān)研究。吳卿等［1］為探究太陽(yáng)能曝氣及反硝化細(xì)菌顆粒強(qiáng)化組合生態(tài)浮床的去除效果,通過(guò)設(shè)置5組實(shí)驗(yàn)裝置,測(cè)試不同實(shí)驗(yàn)條件對(duì)COD的去除作用,結(jié)果表明反硝化細(xì)菌可縮短氮素轉(zhuǎn)化過(guò)程,并提升其轉(zhuǎn)化率。王璐等［2］為解決江溝黑臭問(wèn)題,采用生態(tài)復(fù)合技術(shù)進(jìn)行河道治理,通過(guò)進(jìn)行連續(xù)10個(gè)月的研究得出測(cè)試結(jié)果,并對(duì)不同方法作出評(píng)價(jià)。王樂(lè)陽(yáng)等［3］基于高活性菌藻填料特性,將其與生態(tài)浮床結(jié)合,對(duì)河道水生植物進(jìn)行凈化,并建立良好的空間體系,結(jié)果表明該方法效果較佳。練繼建等［4］將生物膜法、曝氣富氧法等方法相結(jié)合,開發(fā)出全新的生物膜用于凈化水質(zhì),結(jié)果表明該生物膜可提高水體透明度,減少水體黑臭現(xiàn)象,為河道治理提供科學(xué)依據(jù)。曾冠軍等［5］為研究曝氣-生態(tài)浮床裝置對(duì)水體富營(yíng)化的效果,將生態(tài)浮床和該裝置進(jìn)行對(duì)比,結(jié)果表明曝氣-生態(tài)浮床裝置對(duì)去除水體氮磷效果尚佳,是處理水體富營(yíng)養(yǎng)化的實(shí)用方法。

本文以江蘇省常州市西市河、鎖橋河的河道污染情況為研究背景,通過(guò)設(shè)置曝氣-電解強(qiáng)化生態(tài)浮床和生態(tài)浮床裝置,分析水中氮﹑磷營(yíng)養(yǎng)鹽凈化情況,并對(duì)不同裝置作用機(jī)理進(jìn)行對(duì)比分析,為實(shí)際工況提供參考。

1 工程概況

本研究以江蘇省常州市西市河、鎖橋河河道為研究背景,河道全長(zhǎng)1 990m。其中,西市河全長(zhǎng)1 270m,河面最寬和最窄相差8m,最寬處15.5m;鎖橋河全長(zhǎng)720m,河面最窄與最寬相差6.5m,最窄處與西市河相同。兩條河道水深3.5m左右,底部淤泥層接近1m,由于河道周圍生活區(qū)較多,導(dǎo)致河面漂浮有水藻、垃圾等。河道污染目前主要分為內(nèi)源污染和外源污染,其中內(nèi)源污染主要是由于點(diǎn)源排放沉積、降雨驅(qū)動(dòng)、河道內(nèi)生物沉積、大氣沉降等因素造成;外源污染主要是由于周邊生活污水直接排放、岸邊垃圾隨意堆放、雨污管網(wǎng)管道等因素造成。

2020年以來(lái),對(duì)西市河、鎖橋河的水質(zhì)進(jìn)行檢測(cè)發(fā)現(xiàn),河道水質(zhì)環(huán)境較差,且河道內(nèi)總氮、總磷、透明度等指標(biāo)明顯偏離正常水平,屬于有機(jī)污染十分嚴(yán)重的水質(zhì)。

2 材料與方法

針對(duì)西市河、鎖橋河河道污染現(xiàn)狀,設(shè)置試驗(yàn)裝置2組,分別為曝氣-電解強(qiáng)化生態(tài)浮床和生態(tài)浮床裝置,分析水中氮﹑磷營(yíng)養(yǎng)鹽凈化情況。見圖1。

圖1 裝置示意圖

由圖1可知,試驗(yàn)裝置主體結(jié)構(gòu)由透明亞克力板制成,長(zhǎng)、寬、高分別為0.5、0.4、0.5m,可有效容納0.3m的水量。裝置上方有一個(gè)植物袋,其用1 000g被鹽酸浸泡2h的生物質(zhì)炭填充,浮床內(nèi)植物為黃莒蒲;植物袋下方為陽(yáng)極(鎂鋁合金棒)和陰極(石墨棒),陰陽(yáng)兩極材料使用前經(jīng)過(guò)鹽酸活化15 min,然后放于清水中,使陰陽(yáng)兩極酸堿度為中性,再利用直流穩(wěn)壓電源通電(電壓0～60V;電流0～2A)。另外,曝氣-電解強(qiáng)化生態(tài)浮床試驗(yàn)裝置有曝氣頭可連續(xù)進(jìn)行曝氣。

對(duì)比分析曝氣-電解強(qiáng)化生態(tài)浮床試驗(yàn)裝置和生態(tài)浮床試驗(yàn)裝置中水環(huán)境、浮床植物情況以及微生物群落的變化,并驗(yàn)證曝氣-電解強(qiáng)化生態(tài)浮床試驗(yàn)裝置的脫氮除磷能力。該裝置可以正常模擬河道的凈化過(guò)程,污染水通過(guò)蠕動(dòng)泵至試驗(yàn)裝置內(nèi)部,污染水在裝置內(nèi)部停留20d,然后在另一端溢出。

3 結(jié)果與討論

3.1 曝氣-電解強(qiáng)化生態(tài)浮床消除氮元素情況分析

圖2 編號(hào)1指標(biāo)濃度變化與時(shí)間關(guān)系曲線

由圖2可知,生態(tài)浮床裝置內(nèi)的污染水NH3-N含量隨著時(shí)間的變化,并無(wú)太大改變,其指標(biāo)一直穩(wěn)定在7～9mg/L之間。而曝氣-電解強(qiáng)化生態(tài)浮床裝置內(nèi)污染水NH3-N含量在前8d內(nèi),無(wú)明顯下降趨勢(shì);在8～12d時(shí),污染水內(nèi)NH3-N含量急劇下降;在12～14d有較輕的波動(dòng),但整體趨于穩(wěn)定。

曝氣-電解的聯(lián)合作用有利于水體中NH3-N的去除,主要是因?yàn)槠貧夂碗娊獾穆?lián)合作用可以有效強(qiáng)化態(tài)浮床對(duì)NH3-N的去除,并且曝氣可增加污染水中溶解氧的含量,使水內(nèi)出現(xiàn)大量好氧菌,提升浮床凈化能力。

圖3 編號(hào)2指標(biāo)濃度變化與時(shí)間關(guān)系曲線

圖4 編號(hào)3指標(biāo)濃度變化與時(shí)間關(guān)系曲線

污水中TN的具體情況見圖5。

圖5 編號(hào)4指標(biāo)濃度變化與時(shí)間關(guān)系曲線

由圖5可知,生態(tài)浮床裝置內(nèi)的污染水TN含量隨著時(shí)間的變化而產(chǎn)生較大波動(dòng),其波動(dòng)范圍在8～11mg/L之間。而曝氣-電解強(qiáng)化生態(tài)浮床裝置內(nèi)污染水TN含量則小于生態(tài)浮床裝置內(nèi)的污染水TN含量,其變化趨勢(shì)為1～10d時(shí),在7～9mg/L范圍內(nèi)波動(dòng);10～12d時(shí),曝氣-電解強(qiáng)化生態(tài)浮床裝置內(nèi)污染水TN含量開始下降,之后在7～8mg/L范圍內(nèi)波動(dòng)。

3.2 曝氣-電解強(qiáng)化生態(tài)浮床消除磷元素情況分析

圖6 含P指標(biāo)濃度變化與時(shí)間關(guān)系曲線

圖7 含P指標(biāo)濃度去除率變化與時(shí)間關(guān)系曲線

4 結(jié) 論

本文以江蘇省常州市西市河、鎖橋河的河道污染情況為研究背景,通過(guò)設(shè)置曝氣-電解強(qiáng)化生態(tài)浮床和生態(tài)浮床裝置,分析水中氮﹑磷營(yíng)養(yǎng)鹽凈化情況,并對(duì)比兩種裝置對(duì)去除水中氮、磷元素物質(zhì)能力,分析其作用機(jī)理。結(jié)論如下:

2)由于溶解氧含量較低,導(dǎo)致分解菌數(shù)量較少,轉(zhuǎn)化能力較弱,傳統(tǒng)浮床對(duì)污染水內(nèi)TN具有一定的去除能力。但其能力弱于曝氣-電解強(qiáng)化生態(tài)浮床裝置,曝氣-電解強(qiáng)化生態(tài)浮床裝置對(duì)污染水內(nèi)氮元素的消除具有積極作用。