垂直流人工湿地系统在城市生活小区污水处理和回用中的应用宣亚红

第42卷2008年9月上海水务ShnaghaiWarerVol.24No.3SePtembre.2)(08垂直流人工湿地系统在城市生活小区污水处理和回用中的应用宣亚红1王小江”白玉华”彭立新”(1上海市金山区水务局,上海20150;02北京工业大学,北京100022;3深圳市环境科学研究所,深圳518001)摘要本文以深圳市万科东海岸垂直流人工湿地工程在城市生活小区污水处理回用中的应用为例,分析了垂直流人工湿地对污水中CODcr、BODS、NH3一N、P04一P的去除效果,并阐述了污染物的去除机理,结果表明采用垂直流人工湿地系统对城市生活小区污水处理回用,不仅出水水质好,而且美化了环境。关键词垂直流人工湿地;生活污水;处理回用;机理。APPlicaitonofveritcalflowconstructedwetlandsintreaitngsewagefromresidenitalidstirctandistreusing冉加恤以TakingtheapplieationofvertiealfloweonsturetedwetlandspojreetofVankeEastCoastinShenzheneiytinTeratingSewageofResidentialDistiretasexa呷le,aanlyzingthepeformraneeofre-movingCODer,BODS,NH3一NandPO4一PfromsewagebyVertiealFlowConsturetedWetlands,andtoexpoundthemeehanismsofermovingeontaminantsifrtmsewagebyVertiealFlowConsturetedWetlandsindetail.ithadbeenprovedthatVerti(:alFlowConsturetedWetlandseannotonlypuirfysewageofResidentialDistiretbutalsobeautifyenvironment.肠盯,阅山vertiealfloweonsturetedwetlandssewagetreatinganderusingmeehanism前言城市污水的再生利用是减轻水体污染、改善生态环境、解决城市缺水的有效途径之一。发展污水再生利用,推进水资源化,是实现水资源的可持续利用,增强水资源自立能力的有利途径。为了实现水资源的再生利用,各种污水处理技术应运而生,其中人工湿地技术以其投资省、运行管理费用低廉,操作简单,处理效果好,出水质量稳定等特点阎,越来越受到人们的青睐。目前世界各国都在投人大量精力以改良人工湿地技术,其中深圳市环境科学研究所的专利技术“高效垂直流人工湿地技术”成为众多湿地技术中的翘楚。,垂直流人工湿地生活污水处理回用工程简介深圳市万科大梅沙东海岸度假区建设了高效垂直流人工湿地污水处理回用工程,在设计上依山就势充分利用了自然地形与景观,此举不仅节约了污水输送费用,而且处理后的污水可以作为度假区的绿化用水和人工湖的补充用水,节约了自来水的使用量。此工程不仅具有良好的景观效果,而且处理效果也很好。处理规模为30m3d/,人工湿地占地面积350m2,共分两级,在住宅区污水管网截流污水30mad/,经过提升泵进入一级人工湿地进行处理,然后一级人工湿地出水再自流进入二级人工湿地进一步处理提高出水水质,出水进入储水池作为绿化用水和人工湖的补水。处理出水水质超过《地表水环境质量标准》(GB3838一2002)111类水质标准,并接近《景观娱乐用水水质标准》(GB12941一91)B类标准。人工湿地的净化原理较为复杂,人工湿地对污水的净化综合了物理、化学和生物三种作用阎。湿地2008年宣亚红垂直流人工湿地系统在城市生活小区污水处理和回用中的应用%%%0012了OgQ产八,厂厂气二火丫今卜卜飞飞飞二二引一.……101%去1。。%肇99%八曰é八曰nUn曰0ēU0CUCUné八UǎUnC0nCUnURūI`Ul勺4rj21ǎ妞的口ōà21门口Z11.1712.1212.271.122刀8一进水NH,一N一赫NH二N2.223.16时间二食一去除率图3人工湿地对NH--3N的去除效果105准除100叼谭%%%一óùn二」八,n,O曰系统成熟后,填料表面和植物根系中生长大量微生物形成生物膜,废水流经时,SS被填料及植物根系阻挡截留,有机质通过生物膜的吸附、同化及异化作用而得以去除。湿地床中因植物根系对氧的释放,使其周围的微环境中依次呈现好氧、缺氧、厌氧状态,保证了废水中氮可以通过硝化、反硝化作用从废水中去除闭。磷除了可被基质通过吸附、沉积等作用去除外,还可以通过聚磷菌对它进行正常同化和过量积累、植物对它进行吸收同化等作用去除。本文对该工程2005年n月至2006年3月的监测结果进行分析,分析了系统对COD二、BODS、NH3一N、PO沙的处理效果的动态变化。厂厂佑\\\...一~一~刁卜~~~..……00000000000000000000Q才R,161óJJ仔内、à,ù1102研究材料及方法东海岸垂直流人工湿地系统工艺流程见下图:11.1712.1212.271.122刀8一进水阳犷P...卜~出水OP--4P2223.16时间二含一去除率生活污水一…化粪州一…格栅…一…提升泵池}瓢水一、~一应选国图1垂直流人工湿地系统工艺流程COD。、BODS、NH3一N、P04一P采用东海岸人工湿地污水处理回用工程监测的数据,本工程请专业监测单位代为监测。3净化效果与分析人工湿地系统对55、BODS、NH3一N、TP净化效果见图5一8%%%550盛盛.·…,.泣泣产产公一水水直直直卜卜~一,一一叫卜叶一心一,~丫~丫刁刁95%去除90%率00OC目八U0O15nUù气ú0山勺飞é22汤.1,.ǎ1\的任à匕口OU时间--今`-进水COD口一出水CO几…右二去除率图1人工湿地对COOcr的去除效果尹尹令叹止仪---,0。嗦率8060400020806040200ǎ之的日à们。0闰11.1712.1212271.122刀8222时间--奋-~进水BOD。~~.口-出水BOD,一`一去除率图2人工湿地对BOOS的去除效果图4人工湿地对户O月esP的去除效果3.,系统对COOcr的去除效果从图1可知,该系统对COD二的去除效果很好,出水COD二大多数均低于20m叭,出水达到《地表水环境质量标准》(GB3838一2002)1类水质标准,系统对COD二的平均去除率达9.05%。系统进水COD二浓度较高,波动也大,在179~258m叭之间,但出水COD浓度较低,出水水质稳定,说明人工湿系统耐COD二负荷冲击能力强。本人工湿地工程对COD二去除率很高,原因是系统的水力负荷很低为.0O86mslmZ·d,而生活污水中有机物含量高,粒径较大,易被填料净化层截留而被植物、微生物分解吸收;而且生活污水中充足的有机物为微生物的大量生长提供了条件,大量的微生物吸收污染物和耐负荷冲击能力强,所以系统对生活污水有很高的去除率,去除效果稳定。.32系统对日005的去除效果从图2可知,该系统对BODS有很高的去除效果,平均去除率达%.6%以上,而且尽管进水浓度有较大波动,但出水浓度趋于平和,大多数结果在4m妙以下,证明系统有较强抗冲击负荷的能力。出水达到《景观娱乐用水水质标准》(GB12941一91)B类标准。湿地对BO几有很好的去除效果,因为湿地中的不溶性的有机物主要是通过湿地的沉淀、过滤作用而被截留在湿地中;可溶性的有机物则通过植物根系生物膜的吸附、吸收及生物降解过程而被分解去除。生物降解过程主要是通过好氧和厌氧代谢得到降解,从而降低污水的BODS。本工程湿地分两级,经过一级净化后的出水在经过二级湿地深度处理,这也是去除率很高的原因。上海水务2008年.33系统对N日--3N的去除效果从图3可知,该系统对N3H一N有较高的去除率,对冲击负荷也有较强的抵抗能力,该系统对NH3一N的去除率达992%。进水在50.1一69.5m岁L之间,进水的氨氮浓度相当高,出水大多情况在.05m留L以下,达到《景观娱乐用水水质标准》(GB12941-91)B类标准。人工湿地对氨氮的去除途径主要包括有挥发、植物吸收、填料吸附以及微生物的硝化反硝化作用,其中微生物的硝化和反硝化作用是最主要途径。氨氮是在好氧条件下由自养型好氧微生物完成消化作用转化为硝氮,污水进人湿地从上而下依次经过:好氧、缺氧、厌氧的阶段,在植物根系周围也形成好氧、缺氧、厌氧的微环境,在好氧条件下氨氮被转化成硝氮,再在厌氧环境下反硝化脱氮,一级湿地的出水再通过二级湿地,再经过好氧、缺氧、厌氧的阶段进一步去除了氮素。将湿地分成两级有利于脱氮,因为在污水净化的过程中经过了多次的AZO阶段,彻底降解了氨氮的含量,也彻底去除了氮素,所以本工程对氨氮的平均去除率能达到99.2%,去除效果相当好。.34系统对PO二尸的去除效果从图4可知,该系统对PO4一P有较高的去除率,平均去除率达97.6%,进水浓度在1.35一8.39m留L之间,波动很大,浓度也很高,但出水P氏一P波动趋于平缓,基本在.02m姚以下,甚至能达到.002m妙,对冲击负荷有较强的抵抗能力。人工湿地对磷的去除主要是通过填料吸附、微生物和植物的吸收以及有机物的吸附等来实现的.189]。不同的填料对磷的吸附、沉淀、络合的效率是不一样的,磷与基质的吸附反应沉淀不是永久地沉积在基质中,而是至少有部分是可逆的,如果污水磷的含量较低,填料中的部分磷会被释放到水中。微生物对污水中TP的去除也起到相当重要的作用,微生物对磷的作用包括正常的吸收和过量的积累,其中聚磷菌在好氧环境中能够过量的吸收磷,而在厌氧环境中释放磷,但吸收量总大于释放量,故微生物对磷的去除有重要的作用。湿地对磷的去除还包括植物的吸收作用,有研究表明,湿地运行多年后对磷的去除作用仍然相对稳定。这是因为当填料基质对磷吸附达到饱和以后,植物和填料基质之间对磷的吸附重新形成了一个动态的平衡,植物对磷的吸收起了较大的作用,因此只有把植物和填料基质结合为一个整体的湿地系统,才可能对污水中的磷起最有效长久的净化作用。本工程中系统对P04一P的平均去除率能达到97.6%,主要是因为本工程的水力负荷相当小,填料量大对磷的吸附量远没有达到饱和,而且植物量也多,对磷的需求也多,最主要的是因为湿地分成了两级,在净化过程中不断形成A20的过程,使得聚磷菌能够多次消耗内部贮存的PHB和外源底物而产生能量合成新细胞和高能物质ATP,进行新陈代谢,过量摄取水中的磷酸盐,在细胞中完成聚磷过程并作为能量贮存在细胞中。而厌氧时虽然水解聚释放磷贮存PHB,但好氧吸收量远大于释放量,经过多次的AZO过程,能绝大部分去除水中的P仇一P,所以去除率相当高。4结论l)采用垂直流人工湿地系统处理生活污水,出水水质良好,出水水质超过地表水环境质量标准》(GB3838一2002)111类水质标准,并接近《景观娱乐用水水质标准》(GB12941一91)B类标准。可作为小区的绿化用水和景观湖的补充水,节约了自来水使用量,创造了良好的社会效益。在用地较紧张的小区,可以通过强化前处理的方法降低湿地的面积,实践证明前处理+人工湿地系统处理生活污水,也能达到很高的去除率;2)高效垂直流人工湿地处理生活污水具有良好的景观效果,应用在小区内可以与小区内的其它环境相协调;3)高效垂直流人工湿地处理生活污水较常规生活污水处理设施运行费用低,本工程的运行费用为.009元/m,左右,自来水绿化费用.27元/m3,创造了良好的经济效益;4)人工湿地可小规模就近处理生活污水,节省了污水运输费用,减轻污水处理厂压力;5)工程实践证明,湿地系统作为一种高效的污水生态处理方法在技术上是可行的,在投资上是经济的,在小区生活污水处理回用中具有良好的应用前景;6)人工湿地系统在一定的应用范围内虽有较好的效果,但还是处于研究发展阶段,需要进一步的创新、改进,以期达到更好的效果。参考文