关于人工湿地集中式污水处理厂尾水处理的研究

368农家科技农家科技369学术论坛目前在我国的污水处理行业里，主要是把BOD5、COD、SS、氮和磷作为主要的除污对象。现在处在二级生物除污环节已经能都除去水中大部分的污染物，可是由于二级处理阶段有大量的水排出而且氮和磷的浓度还比较高，光能够起到阻止其不再发展，二级处理还是不能解决水富营养化这一难题。污水处理厂每天的工作量比较大，有着数十万方的水等着处理，如果使用高级氧化、和膜分法处理水这些是不大现实的，这对些问题人工湿地处理法就显得更加突出，由于人工湿地净化水系统投资小、出水稳定、能耗低、还具有耐冲压等优点，这一净化水模式符合我国的污水处理特点，也符合我国现在的基本环境状态，是污水处理的首选。一、概念界定1．人工湿地技术概述人工湿地处理污水这一技术，它的构成比较简单、资金的投入比较少、水质净化的程度比较高，而且还伴有别的生态功能的实现，因此对于人工湿地的前景应该是毋庸置疑的。人工湿地这一词语来自于Knight在1950年进行污水处理时所用到的技术，在几十年的技术发展中，湿地处理技术已经发展的非常成熟，它在90年代时才进入中国，而且在中国得到了广泛的推广。人工湿地正因为如此受欢迎，它具有净水的质量好、组成简单、资金投入少、运行成本少、管理简单、耐冲击力强、维护修理简单等优点，基于此还对维护生态平衡起到重要的作用。在20世纪70年代左右Kichkut就针对湿地污水处理提出了相关的“根区理论”，意思就是以水平潜流造成人工湿地，当污水经过芦苇荡时，有机物就会分解，氮也就被硝化或者被反硝化，然后在选择一些含有铁、钙、铝的材料进行水处理，可以起到除去磷的作用。这一理论的提出就激发起人们对人工湿地的广泛讨论和推广。在我国就人工湿地处理污水的技术起步晚，国家在一七五期间才对于人工湿地净水得以研究学习，然后才慢慢的把湿地净水推广到各个污水处理厂。起主要包含了天津市环境保护研究所建造的人工湿地污水处理，深圳市白泥坑和成都市活水公园等。对于这些工程的建造，标志着我国的人工湿地污水处理站上了新的起点，也凸显出了人工湿地污水处理的发展与时俱进。2．污水处理厂尾水处理通常所讲的污水厂的尾水处理就是说水虽然被处理了但是还没有达到环境质量标准的工业、农业、生活排水。然而对于我们人类而言，我们所利用的淡水资源很局限，只有河、江、湖泊和地下河流的水，而且这些区域的分布很不均匀。由于我国目前还处在快速发展的阶段，对于河流的污染也是凸显的严重。当前我国的许多河流湖泊都已经受到不同程度上的污染，还辐射给社会造成各种的危害：例如工业成本的提高，产品质量下降，对土壤也造成了严重的危害，土壤的盐碱化、沙化日益严重，从而使得农作物减产绝收等，除此之外，这些污染的水对人体的健康也会带来不同程度上的影响。所以我们要进行环保的污水处理，节约水资源利用好每一滴水。二、人工湿地在集中式污水处理厂进行尾水处理存在的问题1．人工湿地基质的测定和选择问题就在污水处理中对磷元素的去除，人工湿地主要是采用基质关于人工湿地集中式污水处理厂尾水处理的研究湖南恒凯环境修复技术有限公司张勇摘 要：为了更好的解决城市缺水这一难题，污水处理厂的存在广泛的被人们已经接受，它能够为城市居民提供干净的回用水，同时还能够实现开源节流及其环境保护的作用。因此，现对人工湿地集中式污水处理厂尾水处理中存在的问题及方法进行了探讨。关键词：人工湿地；集中式污水处理厂；尾水处理对磷元素的吸附。在湿地刚开始投入使用时，采取填料的方式对磷的吸附效果特别好，可是随着时间的推移，当基质上面所吸附的磷呈现饱和状态，则除磷的效果就显然大不如以前了；因此检测基质上磷元素的是否饱和对于湿地基质的净水质量有着至关重要的作用。除次之外，就基质上的粒径也受湿地里面透水性的影响；因此就基质上的孔隙率也是选择基质的另一个重要标准。2．湿地系统内硝化反应和反硝化反应在人工湿地中体到主要除磷脱氮的是微生物的硝化及微生物的反硝化。因为在人工湿地的潜流层受到其内部结构的限制，再加上基质中的氧气含有量不足会导致很长时间的缺氧及其厌氧，从而阻止硝化细菌产生的活性，使得硝化起到不完全的作用，也阻止了人工湿地的脱氮的性能，由于人工湿地所采用的是人工暴晒的形式，使得提高了相对系统的溶解氧的面积，同时也使得人工湿地的NH4+N的去除效率提升，但是反硝化的过程却受到其阻止，所以对于TN的去除率得不到提高，这一问题的产生原因就是潜流湿地的设计结构不科学而产生TN的去除效果不明显的罪魁祸首，因此在潜流湿地设计时不但要让水中含有充足的溶氧能力以至于顺利完成NH4-N的硝化，于此同时还要让反硝化细菌有一个缺氧的环境和丰富的有机物以便更好的生存下去，也是为了保障反硝化的顺利进行下去，最终的目的就是要完成NH4+N及TN的去除过程。因为污水处理后的尾水COD的利用性很差，生化反应的性能也比较差，降解率低，为了使得TN的去除效率凸显出来，我们现今就要对人工湿地进行科学的结构设计，使得湿地系统的硝化及反硝化反应顺利的进行下去。3．人工湿地的堵塞问题当湿地遇到堵塞的问题时，可能会导致基质内部的水流受到阻碍，使得出现积水、污水去除率低等。人工湿地如果出现了堵塞现象，当前我国还没有一些很好的对策来解决这一难题，在国外经常处理这一问题的方法就是让堵塞的床体经过很长时间的自我恢复来修正其渗透性，对于这段时间的确定要根据天气原因来定。但是这也对湿地的正常工作也带来了极大的影响。因此在检测已经堵塞的湿地时，要认真了解其堵塞的情况，这些对于湿地的修整及其恢复湿地原有的功能起着重要的作用。三、人工湿地集中式污水处理厂尾水处理方法1．人工湿地填料的筛选（1）填料选择：火山石、砾石、碎石、碎砖、生物陶粒、无烟煤、高炉渣、沙、活性炭及沸石。（2）填料筛选方法：湿地的填充物对于磷的等温吸附。首先要称取10g的填料物放置在250ml的锥形瓶中。然后在依次加入不同质量浓度的KH2PO4标准溶液100ml。需加入的质量浓度是0、20、40、60、80、100、120、140、160mg/l，每一个浓度三个平行。在给每一锥形瓶中加进去2滴氯仿用来组织微生物的活动。最后再放在恒温的培养箱中，温度保持在25℃200r/min的条件下持续24h，在拿出锥形瓶放置半个小时，在用装有0．45um醋酸纤维铝膜的注射器吸取上清液，用所吸取的滤液来进行磷浓度的检测。2）湿地的填料对于磷吸附能力的检测。先是和之前一样称得10g填料置于250ml的锥形瓶中。在加入浓度为30mg/l的KH2PO4标准溶液100ml，每一种填料保持三个平行。然后在每一370农家科技农家科技371学术论坛个锥形瓶里加进2滴氯仿来抑制微生物的发酵。随之放入恒温振荡的培养箱中，温度保持在25℃200r/min的环境下进行振荡，振荡的时间分别是1、2、4、8、12、24、36、48h。完成振荡之后在取出锥形瓶，放置半个小时，同样给注射器针头处装0．45um的醋酸纤维滤膜，吸取上清液用于测定磷浓度。（3）采用堆积密度测量法。就填充料的堆积密度及其孔隙，其方法都是应用土壤学测定容和孔隙度的形式。先是用称称取量筒质量，标记为G1，再取出填料，把其从量筒的中心上方50mm处倒入，再让试样自由落体运动，当量筒的上部呈现出堆形时，并且量筒的四周都溢满，就停止送料，去除凸出的容量口表面颗粒，还要用大小刚好的颗粒填入凹陷部分，让表面稍凸的和凹陷的体积一致（整个的试验过程要保持量筒不触动），最后称的试样及量筒的总质量G2。（3）填料筛选结果：人工湿地选择填料时，还要考虑到它的透水性及对磷元素的吸附力。经过对填料物的固有属性的测定，所测量的结果可以显示，就容量比较小而且孔隙率高的火山石是首选。填料对磷元素的吸附试验可以证明，Freundlich和Langmuir模型都能够较好的模拟出各种填料物对磷的吸附能力；生物陶粒及无烟煤对于磷的吸附力极强，相反沙和高炉渣的吸附能力较差。各种填料物对磷的吸附分为高、中、低能量的吸附，就吸附速度而言可以分为快、中、慢三个阶段。生物陶瓷、碎砖、活性炭、高炉渣、无烟煤的动态吸附特征利用准二级动力学方程进行描述。通过测定各个填料物对磷吸附的特性及吸附量，可以进行多种填料或者不同粒径组合的理论来进行。2．人工湿地对集中式污水处理厂尾水的净化效果分析（1）实验装置及测定针对试验采用潜流人工湿地的装置箱外壳为PVC也就是通常所讲的聚氯乙烯。由于湿地反应器装置箱长×宽×高等于1．20m×宽0．56m×深1．00m，有效面积是0．70㎡。箱内的填充物以此自下而上为：厚度75cm的火山石填料层（粒度3~7cm），厚度是15cm土壤层。例如用水泵抽取中国海洋大学校内人工河河水到0．7m3，放置在pvc桶中，再按照污水处理厂的尾水进行配置，当时一级A标准，在加入氯化钠。磷酸氢二钾等。在进行相关的人工配水随之使用蠕泵把水送入湿地反应器，使之流出水。水停留的时间是1d，水力负荷1m3/d。当系统平稳运转后，在进行相关的采样。把曝气装置空压机遇继电器连接，曝气量保持在10min/h。湿地在运转1月之后，每隔一周反应器的进水、出水及其各种就水中COD、氨氮、TN、总磷浓度进行的测定及杂质去除率。（2）尾水净化结果在以往的湿地中，氧气溶解的区域分布不合理，使得影响净水的效果。在曝气之后，湿地的净化效率得以提升，在此过程中，前端的曝气及其两端的曝气都是高于湿地对COD、氨氮和总氮的净化效果，可是在测定的DO含量相对于可以充分进行反硝化作用的厌氧环境是偏高，主要影响因素是在几个区域内有许多带有小孔的隔板，使得曝气段的DO扩散到别的地方，使得净化效果受到影响，特别是在对总氮的去除环节。所以，对于湿地的结构进行科学的设计改造，把湿地两端和中间部分用钢板隔开，留下底部10cm的孔隙，随之改变了湿地水流的形态和DO的分布情况，从而也提升了总氮的去除率。根据不同的结构及其相关的工艺就潜流人工湿地的净化效果将会产生影响。整个湿地的最好状态就是既有硝化作用又有反硝化作用。不同的湿地对磷的去除水平差不多的。3．人工湿地堵塞测定分析（1）实验装置及测定：这个实验应用的是变水头的方法。就变水头渗透仪的基本原理是根据基于列夫郎表水头测试中得来的，此方法还应用了湿地饱和水力传导检测。湿地水力传导系数是要测定的位置要垂直与平行水流方向每隔5m选定一点，总共选取12个点。垂直水流方向的是前3条线，每一条线上画四个点，依次标记为A、B、C、D四个点，这四个点的平均值就是平均水力的传导系数。数据采集器工作频率是5次每秒。就钢管灌满水之后，在0时刻时，水高为1m。开始计时之后水位降低至0。在t时刻水高为0．1m为一点，最后在参照质量守恒定律及其达西定律计算出饱和水力传导系数。（2）堵塞测定结果测定测定结果显示（图一）。顺着水流的方向往上为人工潜流湿地堵塞的形式，也就是入口和中间处水力传导，都低于50m/d；但是出口比较高，于是ABCD垂线上的水力传导系数都比140m/d高。然后在水流方向，水力的传导系数将会越来越高，这样则说明了进水口，污水中SS污染物在进水口积累，从而使得水力传导系数变小，在后半段时，由于水中的杂质较少，则水力传导系数也就增大。由图可以知道在1和2中水力的传导系数不大，但是在3的后段，水力的传导系数变化很大，这种情况是与水中的杂质及其生长植物有关。在平行的四条线上，因为是平行的送水，送水口的水流状态相差不大，所以水力传导系数也就不相上下。在中间B和C之间水力传导系数较低，因为在中间水域流量比较大，与两端水域相比负荷比较大，则积累的杂质也是比较多的，则水力传导系数两边较小。在最后一段，水力传导系数增大，而且与前者差别很大，中间比较低但是两端高。由图不难看出A和D高于B和C，这也与水流的形式有关。图1 水力传导系数测定结果四、结语根据以上的观点可以得出，填充料的选择及湿地结构的完善，都可以为人工湿地的作用提供宝贵的科学依据；基于此也深入研究了人工湿地的堵塞问题，而且还研究谈论出解决这一问题的方法。可是由于人工湿地集中式的处理污水时，室内的人工湿地设备还有待提升，在后端曝气和两端曝气，从而导