水芹浮床对NO_x~--N类富营养水体的连续小试净化.pdf

水芹浮床对 NO - x-N 类富营养水体的连续小试净化 ＊ 郑 郑少奎 杨志峰 孙 梅 北京师范大学环境学院水环境模拟国家重点实验室, 北京 100875 摘要 利用连续小试装置研究了 12. 0～ 18. 7 ℃水温下水芹浮床对 NO - x-N 类富营养水体的连续处理效果。 试验结果 表明, 在HRT 从 3～ 1 d 的过程中, CODCr平均去除率分别为 14. 02. 4和 46. 04. 0, TN 平均去除率分别为 34. 65. 8和 65. 35. 4 , TP 平均去除率分别为 8. 41. 6 和 10. 72. 1 。 随着 CODCr、TN 负荷的增加, CODCr与 TN 去除率均呈上升趋势。 运用经验公式较好地模拟了 HRT1 d时, CODCr和TN 沿程浓度与距离的关系。 关键词 自由表面流人工湿地 水芹浮床 硝氮 富营养化 连续小试 ＊国家高技术研究发展计划 863 项目 2002AA601012 人工湿地技术具有投资运用和管理费用低等特 点,在污水处理 、 污染物控制和改善环境方面已经得 到各国的普遍重视和应用 [ 1,2] 。由于表面流人工湿地 将现有河道稍加改造即可 ,并且不影响原有河网的防 洪、 泄洪功能,因而比潜流型人工湿地更能满足河网 地区的实际需要 ,本试验采用水芹浮床型自由表面流 人工湿地连续小试处理装置在低温下处理模拟 NO - x-N类富营养化水体 , 并分析 DO、NH 4- N 等水质 指标的浓度变化对系统运行效果的影响 ,以探索浮水 植物型自由表面流人工湿地的水质净化效果 。 1 材料与方法 1. 1 连续小试处理装置 本试验装置由进水池 168 L 、表面流人工湿地 反应槽 2 m 1 m 0. 75 m 、潜水泵和流量计组成, 通过流量计调整进水流量 ,进水由进水池通过小型潜 水泵连续流入表面流人工湿地反应槽后在其中曲折 流动 ,最后从出水管流出 。表面流人工湿地反应槽由 PVC塑料板制作而成 如图 1 所示 , 在进水端设 0. 2 m的进水区 ,处理单元中间设两隔板隔成 3 个廊 道,水位控制在 0. 6 m。有效尺寸为 6 m 0. 3 m 0. 6 m 。试验采用的湿地植物为水芹, 用泡沫板将其 固定。水芹株高约 35 cm, 栽种密度为每 10 cm 5 ～ 7 株 ,质量密度为 6 kg m 2 。在连续小试处理装置中预 先投加经批量培养得到的降解微生物 。培养 10 d 后 加入水芹开始连续小试研究。 1. 2 连续小试研究 试验中依次进行 3 d 和 1 d 两个水力停留时间 HRT 下的连续净化研究 ,每次等 CODCr去除率趋于 图 1 表面流人工湿地反应槽示意图 稳定后 ,再进行下一 HRT 实验。试验开始运行后第 4 d起开始连续采样。本试验通过往自来水中添加葡 萄糖、 KNO3和 KH2PO4模拟富营养化水体水质, 不同 HRT 下进水水质如表 1 所示。 表 1 人工湿地小试系统进水水质 HRT d 运行 周期 d CODCr TN TP NO- x - N NH 4 - N mgL- 1 pH 水温 ℃ 3838～ 493. 6 ～ 4. 81. 2～ 1. 41. 1～ 2. 00. 8 ～ 1. 06. 7～ 6. 812. 0 ～ 13. 9 1668～ 837. 2 ～ 8. 81. 5～ 1. 74. 5～ 6. 31. 1 ～ 1. 66. 5～ 6. 915. 5 ～ 18. 7 连续小试试验过程中 ,沿水流方向对不同的HRT 试验开始和结束时对反硝化细菌数量进行了检测 ,采 样点设在进水端 、 处理单元中央和出水端 ,采样深度 为水下30 cm。 2 结果与讨论 2. 1 连续小试净化 在2 个 HRT 下水芹浮床型表面流人工湿地中 CODCr、 TN、 TP 去除率如图 2所示 ,其中第 1 ～ 5 d、6～ 11 d 分别在 HRT 为 3、 1 d下进行 。 如图 3所示, 试验的第1～ 5 d即HRT 为3 d 时系 统处于厌氧状态 ,第 6～ 11 d 即 HRT 为 1 d 时系统为 好氧状态。在HRT 从 3 d 变为 1 d 的过程中, 由于流 31 环 境 工 程 2006年 6 月第24 卷第3 期 图 2 运行时间与去除率关系 速增加带走部分微生物, 沿程微生物的耗氧量减少, 而进水仍会带入一定量的溶解氧, 致使水体中平均溶 解氧含量增加, 当微生物数量相对稳定后 ,水体中平 均溶解氧含量又趋于 0, CODCr的平均去除率分别为 14. 0 2. 4 和 146. 0 4. 0 ,TN 的平均去除率 分别为 34. 6 5. 8 和 65. 35. 4 , TP 的平均去 除率分别为 8. 4 1. 6 和 10. 7 2. 1 。可见 ,整 个试验运行过程中,CODCr和 TP 的去除率一直较低, 最高去除率分别不超过 50 和 20。CODCr和 TN 去 除率均呈现震荡上升的趋势, 而TP 去除率波动不大 。 图 3 运行时间与溶解氧关系 如图 4、5 所示, 随着 CODCr、TN 负荷的增加, CODCr与TN 去除率均呈上升趋势 ,该人工湿地系统净 化以NO - x- N 为主要氮形态的富营养化水体时可适当 增加系统负荷,CODCr负荷可50g m 2d 而 TN 负荷 可 5 g m 2 d 。 2. 2 微生物与氮组分对总氮去除效果的影响 图 4 CODCr去除率随负荷的变化 2. 2. 1 微生物对总氮去除效果的影响 图 5 TN 去除率随负荷的变化 有证据表明 ,在人工湿地中植物同化作用吸收的 无机氮仅占总氮量的 8～ 16 [ 3] , 提高微生物降解 能力是提高人工湿地处理效率的关键 。本试验中不 同HRT 下反硝化细菌数量及对应的 NO - x-N 和 TN 去 除率如表 2 所示 。 表 2 细菌数量与相应污染物去除率 HRT d 反硝化细菌数量 107个g - 1 TN 去除率 NO- x- N 去除率 3333291 1245972 由表 2 可以看出 ,NO - x- N 去除率与反硝化细菌 数量成正比, 由于反硝化细菌适宜在缺氧环境中生 长,其数量变化与图 3 所示 DO 浓度的变化一致。当 HRT 为 3 d 时, 虽然 NO - x-N 去除率很高 , 但由于 NH 4- N 出现负增长 , TN 去除率不高。当 HRT 变为 1 d时, 由于NH 4-N 去除率有较大幅度增加 ,TN 去除 率有较大提高。 2. 2. 2 氮组分对总氮去除的影响 NH 4- N、 NO - x-N 及 TN 去除率随运行时间的变化 如图 6 所示 ,可以看出 ,当HRT 为3 d 时NO - x- N 去除 率 90,在HRT 为 1 d时稍低 ,平均去除率为 72, NH 4- N 去除率与之相反, 当 HRT 为 3 d 时去除率 0, 平均为65,TN 去除率均介于两者之间。 NH4 - N 去除率在系统处于缺氧环境中低于 0可能是 32 环 境 工 程 2006年 6 月第24 卷第3 期 由于植物蛋白质被分解为氨基酸后水解脱氨或者由 专性厌氧菌和兼性厌氧菌在厌氧条件下还原脱氨 ,由 于系统中NO - x- N 浓度较大,大多数细菌 、 放线菌及真 菌利用硝酸盐为氮素营养 ,通过硝酸还原酶的作用将 硝酸还原成氨。 2. 3 污染物沿程变化拟合 用经验公式 ln Ce Ci aL bL 2 对HRT 为 1 d 时的CODCr与 TN 浓度和取样点距进水端距离间的 关系 进行 拟 合 其 中对 于 CODCr, a -0. 2479, b 0. 0247,对于 TN , a - 0. 3426, b 0. 0316。用经 验公式计算出污染物的浓度与实际测定值相吻合。 为此 ,运用此经验公式得到的拟合值能较好的反映实 际情况。 3 结论 自由表面流人工湿地对太湖流域平原河网NO - x- N 类富营养化水体净化效果的研究表明 ,表面流人工 湿地系统在 HRT 为 1 d 时对此类水体中的 CODCr、 TN 、 TP 均有较好的综合净化能力 。HRT 较小时利于 CODCr、 TN、 TP 的去除,HRT 较大时利于 NO - x- N 的去 除。CODCr与TN 去除率随着各自负荷的增加而变大。 参考文献 [ 1] 王红梅, 张莹. 人工湿地中 CODCr、NH 4-N 去除的研究. 山东化 工, 2004, 33 5 -7. [ 2] 张荣社, 周琪等. 自由表面人工湿地脱氮效果中试研究. 环境污 染治理技术与设备,2002, 12 9 -11. [ 3] 杨敦, 周琪. 人工湿地脱氮技术的机理及应用. 中国给水排水, 2003, 19 1 23-24. 作者通讯处 郑少奎 100875 北京市新街口外大街 19 号 北京师 范大学环境学院水环境模拟国家重点实验室 电话 010 58809266 E -mail zshaokui yahoo. com. cn 2005- 11-18 收稿 上接第 35页 时间摸索和实践 ,开发出性能可靠、价格优廉的国产 设备, 并逐渐扩大其处理污水规模, 才能够成为城市 污水处理及工业废水处理的主流工艺。 参考文献 [ 1] 汪永红, 何睦盈, 区岳州. 采用微孔曝气器的氧化沟实例分析. 中国给水排水, 2003, 19 2 75 -76. [ 2] 张晓琳. 氧化沟污水处理技术及其在工程中的应用. 铁道勘测 与设计,2004, 3 135-137. [ 3] 郭健. 交替工作式氧化沟技术. 污染防治技术, 1996, 9 1 按污染的诱因分 由安全生产事故引发的环境事件 22 起, 由企业违法排污造成的突发环境事件 12起, 由交通事故引发的突发环境事件 11 起, 第三者责任引发的环境事件和气象条 件改变引发的环境事件 4起; 按污染结果分 造成大气环境污染的 15起, 造成水污染的 32 起, 造成水气综合污染的 2 起。 污染事 件发生后, 环保总局立即指导有关省、区环保局采取处置措施, 并对其中 12起事件派出人员赴现场协助开展污染防控工作。 目 前, 事态基本得到控制, 绝大部分事件的警报已解除。 国家环保总局相关负责人说, 通过上述事件, 要求各级环保部门要加大环境执法力度, 切实履行环境应急管理工作职责, 认 真落实突发环境事件应急预案, 严格执行重、特大环境污染事件报告制度, 认真开展各类重点污染源违法排污问题及危险化学品 环境污染隐患的全面排查工作, 严厉打击违法排污行为, 坚决遏制重、特大环境污染事故多发势头。 环编整理 33 环 境 工 程 2006年 6 月第24 卷第3 期 Abstract In two different operating modes of complete -aeration or micro -aerationanoxicaeration, high C N ratio domestic wastewater was treated by coupling bioreactor. The influent loading of CODCrwas 0. 80～ 1 . 20 kg m3d, concentrations of NH 4-N, TN were among 70～ 90 mg L and 75～ 110 mg L, HRT and temperature in bioreactor were 8 hours and 25 ℃ respectively. Results show that the coupling bioreactor keeps a constant CODCrremoval rate above 85, aswell as removal rate of NH 4-N more than 90. Further more, test indicates that the removal rate of TN is higher and the production of sludge is lower in the process of micro -aerationanoxicaeration than the other one, with the TN removal efficiency of 81. 1, the average sludge production rate of 0. 065 kg MLSS kg CODCr. Keywords coupling bioreactor, low C N ratio, low DO and sludge reduction TREATMENTOFCOKINGWASTERWATERBYADOPTINGMICRO-ELECTROLYSIS- MEMBRANE BIOREACTORWang Qingsheng Guo Chunyu Li Jing et al 26 Abstract Micto -electrolysis is used to remove partial pollutantsin coking wastewater, thus raising biodegradability of the wasterwater, which provides a basis for adopting the micro -electrolysis membrane bioreactor process. The results show that the micro -electrolysis technology not only removes most of pollutants in the wastewater, its removal rate is up to 70 or so, but also improves its biodegradability. Keywords micro -electrolysis, membrane bioreactor, treat and coking wastewater THE PRINCIPLE AND FULL -SCALE APPLICATION OF REVERSED A 2 O PROCESS FOR REMOVING NITROGEN AND PHOSPHORUSBi Xuejun Zhang Bo 29 Abstract Based on expatiating the technical principle of reversed A2 O process, it is analyzed the effect of removing nitrogen and phosphorus in full -scale application of reversed A2 O process. The full -scale application indicates that the reversedA2 O process is adapted to the real conditions of municipalwastewater in China, which is simple and convenient and high-level effciency . Keywords reversed A2 O process, removal of nitrogen and phosphorus, principle and application LAB-SCALE CONTINUOUS PURIFICATION OF NITROGEN -TYPE EUTROPHIC WATERBODY BY OENANTHE DECUMBENCES ON FLOATING -BEDS Zheng Chong Zheng Shaokui Yang Zhifeng et al 31 Abstract Lab -scale continuous purification of nitrogen -type eutrophic waterbody was investigated using oenanthe decumbences on floating- beds at a water temperature of 12. 0～ 18. 7 ℃. The CODCrremovals averaged 14. 02. 4 and 6. 04. 0, respectively, when HR T transferred from 3d to 1d. For TN, they amounted to 34. 65. 8 and 65. 35. 4. For TP, they were 8. 41 . 6 and 10. 7 2. 1. The increase in influent CODCror TN loading was concomitant with the increase in CODCror TN removal. The empiric ula can individually matchwith the pollutant concentration along with the distance in the reactor. Keywords free flow surface constructed wetland; oenanthe decumbences on floating -bed, NOx-N, eutrophication and laboratory -scale continuous treatment COMPARISON OF TWO MODIFIED ACTIVATED SLUDGE PROCESSES FOR TREATING URBAN SEWAGEYuan Peisheng Zhang Hongrong Chen Xianming et al 34 Abstract It isintroduced the characteristics of two modified activated sludge processes, i. e. oxidation ditch processand baileke process. The development trend of the two processes is also analyzed according to the conditions of their actual applications. Keywords urban sewage, oxidation ditch, activated sludge process and comparison APPLICATION OF TREATING DYEING WASTEWATER BY DOUBLE EFFECT COAGULANT- FACULTATIVE HYDROLYSIS -SBRLi Simin Zhang Jiankun Su Chengyuan et al 36 Abstract Dyeing wastewater has high chroma and poor biodegradability , aswell as change inwater flow and quality etc, which is difficult to be treated by microbe. A double effect coagulant-facultative hydrolysis -SBR combined technique was introduced to treat the dyeing wastewater. The running result showed that, it can effectivelly remove the CODCr, BOD5, SS. The quality of the effluent meets the national discharging standard GB4287 -92. Keywords dyeing wastewater, double effect coagulant, facultative hydrolyzation, SBR and shock loading PURIFICATION OF VOLATILE ORGANIC AND ODOR GASES WITH LOW CONCENTRATION BY BIOSun Peishi Wang Jie Wu Xianhua et al 38 Abstract According to subject researches. It is introduced briefly that the basic strains and use conditions of purifying waste gases by bio, aswell as payoffs and uses of strain base, batch production line of strains and preliminary industrial use etc. Keywords purification of waste gas by bio, special strains for gas purification and practical study 3 ENVIRONMENTAL ENGINEERING Vol. 24,No. 3, Jun. , 2006