陈垃圾反应床芦苇湿地

陈垃圾反应床＋芦苇人工湿地处理垃圾渗滤液的效能研究刘倩1谢冰1*胡冲1顾玉祥2安永新2（1.上海城市化和生态修复重点实验室，华东师范大学环境科学系，上海200062；2.上海环境工程技术有限公司，上海200070）摘要：试验了陈垃圾反应床与芦苇人工湿地串联对垃圾渗滤液中污染物的去除效果,并探讨了湿地中芦苇生长和对渗滤液中总氮的吸收能力。结果表明:在进水负荷为0.1m3/m2.d的条件下，经过3个月的运行，陈垃圾反应床与芦苇人工湿地对陈年渗滤液中COD、氨氮、总氮及总磷的最大去除率分别达到90.3%、95.0%、79.3%和99.8%。通过对人工湿地中芦苇的分析表明，芦苇在6至8月份生长迅速，地上部分生物量与其氮含量增加较快，最大值均出现在8月底，植株总含氮量可以达到28.5g/m2。此时收割芦苇可从湿地中最大限度除氮。如能增加芦苇种植密度，陈垃圾床与芦苇湿地串联处理渗滤液污染物以及深度去氮是可行的。关键词：陈垃圾反应床，芦苇湿地，渗滤液，总氮，去除效能StudyontheremovalcapacityoflandfillleachatebyagedrefusebioreactorandreedswetlandLiuQian1,XieBing1*,HuChong1,GuYuxiang2,AnYongxing2(1.KeyLaboratoryofUrbanizationandEcologicalRestorationofShanghai,DepartmentofEnvironmentScience,EastChinaNormalUniversity,Shanghai200062,China；2.ShanghaiEnvironmentalEngineeringTechnologyCo.Ltd,Shanghai200070,China)Abstract:Theremovalefficiencyofpollutantsinreedswetlandandagedrefusebioreactorwasstudied,andthegrowthandTNabsorptivityofthereedswereexplored.Theresultsshowedthatunderthehydraulicloadingrateof0.1m3/m2.d,thehighestremovalratesofCOD,NH4+-N,TNandTPinagedleachatewere90.3%,94.5%,79.3%and99.8%respectivelyafterthreemonthsrunning.Throughtheanalysisofreedinwetland,thereedsgrewrapidlyfromJunetoAugust,thebiomassandtotalnitrogen(TN)contentinabovegroundpartsofreedsincreasedrapidly,boththemaximumhadoccurredinlaterAugust.Thetotalnitrogencontentofplantcouldreach28.5g/m2.Itcanremovetotalnitrogenmostgreatlybyharvestingreedsatthistime.Ifincreasethereedplantingdensity,itisfeasibletotreatpollutantsoflandfillleachateaswellasremovenitrogendeeply基金项目:国家自然科学基金(20977031);上海市科委基金项目（09ZR1409000）;上海市城市化生态过程与生态恢复重点实验室开放基金作者简介:刘倩（1985—），女，环境工程专业硕士研究生，研究方向为水污染控制技术通讯作者：谢冰；联系电话：[phone]；[e-mail]:agedrefusebioreactor,reedwetland,landfillleachate,totalnitrogen,removalefficiency陈垃圾是经过若干年填埋降解后，基本达到稳定状态的填埋垃圾[1]。与常规土壤相比，其有良好的理化性质、较强的吸附能力、优良的水力渗透性能和数量庞大且种类繁多的微生物，采用陈垃圾构建生物反应床用于渗滤液处理时，不但处理费用低、去除效率高、抗冲击性能强，而且实现了填埋垃圾的资源化，以废治废[2-4]。然而陈垃圾反应床对渗滤液特别是陈年渗滤液中总氮去除率尚待提高[5]。人工湿地是一种新型的基质、植物和微生物生态系统，这种污水处理技术具有建设与运行成本低、处理效果好、生态环境效益显著等特点[6-7]。植物在人工湿地污水净化过程中起着重要作用，可通过附着、吸收、积累和降解去除污水中的有机物、氮、磷等营养物质[8-9]。芦苇为多年生挺水植物，植株高大，地下有发达的匍匐根状茎，多生长在池塘、河溪边等多水地区，利用芦苇湿地处理污染河水和污水等已有报道[9-11]，但对于渗滤液由于其浓度高，毒性大，直接经过湿地处理会对植物造成伤害[12]。本实验采用陈垃圾反应床对渗滤液进行预处理，处理后的出水进入芦苇湿地，研究陈垃圾反应床与芦苇湿地串联对污染物去除效果，并考察了湿地中芦苇生长对渗滤液总氮的去除能力。1材料与方法1.1试验地区概况陈垃圾反应床及芦苇人工湿地中试反应装置位于上海老港垃圾填埋场。渗滤液来自老港填埋场调节池。陈垃圾反应床和芦苇湿地床为两块占地15×13米的长方形地块，分别填充有效高度2.5米左右的陈垃圾和工厂废弃炉渣。芦苇于3月移栽到湿地中，湿地中种植芦苇约180棵。从6月开始，陈垃圾床和芦苇湿地进水采取均匀进水的方式，日进水量20m3/d，进水渗滤液水质参见表1。表1.垃圾渗滤液进水水质（除pH外，单位均为mg/L）Table1.CharacteristicsoflandfillleachateCODCrBOD5NH4+-NTNTPpH范围平均2100~32002700200~3202601400~200017001500~2200180010~22167.9~8.48.11.2试验方法1.2.1采样方法实验开始后，每月1-2次对进水、陈垃圾生物反应床出水、芦苇生物滤池出水水质进行采样分析，主要水质指标为COD、氨氮、总氮和总磷等。6月份开始每月采芦苇样品一次，直到11月份芦苇枯萎。每次随机挖取正常生长的芦苇一棵，带回实验室将地上部分和地下部分分开，分别测其地上部分及地下部分湿重（根需清洗干净），在105℃烘箱中杀青2小时后，再于80℃烘至恒重，得到干重。而后取适量烘干的茎叶、根粉碎，测定各部分总氮含量。1.2.2测定方法水质指标COD、氨氮，总氮和总磷参照文献[13]；植物中总氮采用过硫酸钾氧化吸光光度法测定[14]1.2.3计算方法根据进出水水质数值，计算处理系统的去除率。芦苇不同器官氮吸收量的计算：T=W×C（1）（1）式中：W为茎叶（或根）的生物量（单位：g/m2）；C为茎叶（或根）的氮含量（g/g）；T为茎叶（根）的氮吸收量（单位：g/m2）。2结果与讨论2.1陈垃圾反应床与芦苇湿地对渗滤液污染物的去除2.1.1对COD的去除05001000150020002500300035006月17日6月30日7月14日8月24日9月2日9月20日10月12日10月27日11月3日11月10月份COD浓度(mg/L)0102030405060708090去除率(%)原水陈垃圾床出水芦苇滤池出水去除率图1陈垃圾反应床与芦苇湿地对渗滤液COD的去除效果Fig.1TheremovalefficiencyofCODbyagedrefusebioreactorandreedwetland由图1可知，在系统运行初期，进入处理系统的渗滤液COD浓度一直在升高，6至8月份从2000mg/L左右升高至2700mg/L，这期间陈垃圾床和芦苇湿地系统的出水变化也较大，陈垃圾床的出水COD在1000mg/L左右波动，芦苇湿地在500-800mg/L之间，但运行到9月份后，芦苇滤池出水COD浓度开始逐渐降低，至9月20日降至最低，为250mg/L，整个系统对COD的去除率达到最大为90.3%，尽管10月份以后陈垃圾床的出水COD有所升高，但是芦苇湿地的出水COD比较稳定，在300mg/L左右，表明芦苇湿地对于有机污染物的截留、吸附和降解作用是比较稳定的，整个串联系统对于温度和负荷的变化具有一定的耐受能力。2.1.2对氨氮的去除050010001500200025006月176月307月148月249月29月2010月1210月2711月311月10月份氨氮浓度（mg/L)0102030405060708090100去除率（%）原水陈垃圾床出水芦苇滤池出水去除率图2陈垃圾反应床与芦苇湿地对渗滤液氨氮的去除效果Fig.2Theremovalefficiencyofammonianitrogenbyagedrefusebioreactorandreedwetland从图2可看出，进水氨氮浓度在1500-2500mg/L之间变化，呈现升高趋势。陈垃圾床的出水氨氮，在6月-10月份，基本稳定在550mg/L左右，而芦苇湿地出水氨氮在7月中以前升高，之后呈现下降趋势，在9月20日出水氨氮接近100mg/L，整个系统达到最大去除率为95.0%；之后，尽管渗滤液进水氨氮浓度有所升高，陈垃圾反应床对氨氮去除的贡献逐渐降低，但是芦苇湿地氨氮出水浓度保持在200mg/L以内，整个系统的去除率保持在85.6%-92.7%。氨氮的去除主要是是湿地中的微生物的好氧硝化作用，将氨氮转化成为硝酸盐氮，另一方面则是湿地植物的吸收利用。一般夏季温度较高，微生物的活动和植物的生长都处于旺盛时期，对氨氮的利用速度较快，进入秋冬季节，温度降低，好氧微生物的活性降低，氨氮的去除率下降[15]，但是芦苇湿地对氨氮保持有较高的转化率，说明芦苇湿地系统对氮可能仍有较好地利用。2.1.3对总氮的去除050010001500200025006月176月307月148月249月29月2010月1210月2711月311月10月份总氮浓度（mg/L)020406080100去除率（%）原水陈垃圾床出水芦苇滤池出水去除率图3陈垃圾反应床与芦苇湿地对渗滤液总氮的去除效果Fig.3TheremoveefficiencyofTNbyagedrefusebioreactorandreedwetland由图3可看出，进水渗滤液的总氮在1500-2200mg/L之间波动，呈现升高趋势，经过陈垃圾反应床后出水低于1000mg/L，去除率在50%左右，经过芦苇湿地后，整个系统的去除率从初期的低于60%逐步提高到9月份的70%以上，9月20日达到最高为79.3%。出水的总氮基本在500mg/L左右。从图中可知，大部分的氮是在第一级的陈垃圾床被去除的，这主要因为在老龄渗滤液中，B/C比值底，氨氮在渗滤液总氮中所占比例非常高，可利用的碳源浓度低[16]（本研究的渗滤液B/C比值只有0.1左右，COD/NH4＋-N比值接近1），通过第一级的陈垃圾床后，大部分氮通过硝化反硝化去除[3]，到了芦苇湿地中可利用的碳源基本没有，此时硝化反硝化脱氮作用非常微弱，芦苇湿地对总氮的去除可能是其他作用，为了弄清芦苇湿地中的芦苇对脱氮的贡献，本文深入研究了芦苇生长对氮的利用情况。2.1.4对总磷的去除0246810121416186月176月307月148月249月29月2010月1210月2711月311月10月份总磷浓度（mg/L)9092949698100去除率（%）原水陈垃圾床出水芦苇滤池出水去除率图4陈垃圾反应床与芦苇湿地对渗滤液总磷的去除效果Fig.4TheremoveefficiencyofTPby