強化垂直流-水平流組合人工濕地處理生活污水研究.pdf

1、針對垂直流一水平流(vertical flow-horizontal flow，簡稱VF-HF)組合人工濕地系統(tǒng)普遍存在脫氮能力季節(jié)性差異和HF段反硝化碳源不足等問題，本研究通過在VF段填充一定量沸石基質(zhì)，構(gòu)建離子交換．生物再生強化組合人工濕地系統(tǒng)(enhanced vertical flow-horizontal flow hybrid constructed wetland，簡稱VF2-HF2)，暖季和寒季，實現(xiàn)微生物與沸石基質(zhì)協(xié)同

2、脫氮，并以曲陽污水處理廠初沉池出水為試驗用水，與VF段填充礫石構(gòu)建的組合人工濕地系統(tǒng)(verticalflow-horizontal flow hybrid constructed wetland，簡稱VFl-HFl)進行了COD、NH4+-N、TN和TP處理效果比較研究。同時，開展了沸石生物再生動力學和水生植物枯葉強化HF段反硝化的動力學小試試驗研究。 當水力停留時間為4.4～17.6d，進水COD 120-300mg.L-

3、1、氨氮12～33mg.L-1、總氮24～42 mg.L-1和總磷2.8～9.4 mg.L-1時，VFl-HFl組合濕地系統(tǒng)全年的去除率分別為64％～94％、4％～72％、3％～7l％和15％～98％，而VF2-HF2組合濕地系統(tǒng)全年的去除率分別為82％～99％、52％～98％、34％～9l％和20％～98％。當HRT14≥．4d，VF2-HF2組合濕地系統(tǒng)出水COD、氨氮、總氮和總磷全年可穩(wěn)定達到《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標準》(GB

4、l8918-2002)規(guī)定的一級B標準。如以出水水質(zhì)達到GBI 8918.2002規(guī)定的一級B為主要目標，綜合考慮處理水量和沸石生物再生要求，推薦VFl-HFl組合濕地系統(tǒng)采用HRT=17.6d，VF2-HF2組合濕地系統(tǒng)采用HRT=8.8d運行較為合適。 基質(zhì)類型對COD去除效果無顯著影響，有機物的降解主要是通過厭氧菌和好氧菌的生物作用實現(xiàn)的，基質(zhì)主要作為微生物附著的載體；菖蒲和水蔥組成的多植物系統(tǒng)具有較發(fā)達的根系，能為微生

5、物的附著生長提供更多的表面積，同時對有機物也具有較高的吸收能力，因此對COD的去除能力要優(yōu)于單一的蘆葦植物系統(tǒng)。對全年脫氮途徑的分析和計算結(jié)果表明，生物脫氮占69％，是VF2-HF2人工濕地主要的脫氮形式，沸石吸附僅占16％，證明暖季沸石的吸附能力可以實現(xiàn)生物再生；對全年磷去除途徑計算和分析可知，VF2-HF2組合人工濕地系統(tǒng)除磷作用主要發(fā)生在VF段，基質(zhì)的吸附和沉淀作用是除磷的主要途徑，占除磷總量的84％，植物收割僅占4％，證實植物收

6、割除磷對高負荷污水處理的作用是有限的。沸石生物再生小試試驗結(jié)果表明，沸石對氨氮的吸附和離子交換作用主要在2d內(nèi)完成，沸石對NH4+的飽和吸附量為3.32mgN.g-1；陽離子濃度、曝氣、硝化細菌和異養(yǎng)菌對飽和沸石再生效率的影響均可用一級動力學方程(y=1.e 模擬，曝氣吹脫作用可使再生效率在再生液陽離子自然再生基礎上提高1.5％，異養(yǎng)菌的存在可使再生效率提高7.7％，硝化細菌的存在可使再生效率提高48.9％。異養(yǎng)菌與硝化細菌共存時，再生

7、時間超過80d時，硝化細菌和異養(yǎng)菌的生長存在底物抑制。通過對沸石再生前后沸石中的主要陽離子濃度(k+、Na+、Ca2+和Mg2+)測定可知，K+和Na+在沸石氨氮再生過程中起主要作用，這與四種離子與氨氮的分離因數(shù)測定結(jié)果相一致。 植物枯葉釋放有機碳源強化HF段反硝化是可行的。香蒲枯葉在投加后7～lld內(nèi)反硝化速率最快，植物生長可將反硝化動力學常數(shù)k提高0.72倍，香蒲枯葉的投加可將反硝化動力學常數(shù)七提高3.56倍，香蒲枯葉經(jīng)預

8、處理后可將反硝化動力學常數(shù)k提高l0.35倍；香蒲枯葉經(jīng)堿洗預處理后，氨氮的釋放速率和釋放量隨之增加，易降解含氮有機物在植物枯葉投加后lO d內(nèi)分解較快，難降解有機氮化合物在在植物枯葉投加后17 d，可在酶催化劑作用下水解。PCR-DGGE分析結(jié)果表明，香蒲枯葉的投加和植物的生長都使反應器中的Shannon-Wiener指數(shù)發(fā)生一定變化。對DGGE結(jié)果進行測序分析和比對結(jié)果表明，反應器內(nèi)主要存在的反硝化菌為Leptolyngbya屬和E