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低温条件下组合式人工生态系统对二级出水氮磷的去除研究

熊集兵  
【摘要】: 二级污水处理厂尾水(二级出水)是水体富营养化主要污染源之一,而氮磷是造成水体富营养化的主要的限制性元素。人工湿地和植物塘是去除二级出水中氮磷经济的工艺,但是在低温度下,人工湿地对二级出水中氮磷的去除率较低,尤其是对氨氮的去除。此外,人工湿地水力停留时间较长(4-7天),占地面积较大。人工湿地中填料已被证明是去除氨氮和磷的主要途径。此外,氨氮也可以通过微生物硝化反硝化的途径得以最终去除。植物塘在低温条件下对二级出水氮磷去除率也较低,占地面积较大。本组合式人工生态系统是针对人工湿地和植物塘在低温度下对二级出水的氮磷去除效率低,占地面积大的局限,依据二级出水水质特性以及填料、微生物、植物对氮磷去除特点,对人工湿地和植物塘加以改进并优化组合而构建的。研究取得的主要结果如下: 1.泥炭、沸石和钢渣的最大吸附容量分别为8914mg/kg、2456mg/kg和5302mg/kg(由Langmuir公式算出)。泥炭和沸石对溶液中可溶性磷的去除率随温度的升高而减少,而钢渣对溶液磷的去除率却随温度的升高而增加。在pH为3.5-10.5的范围内,当pH为6.5时,三种填料对水中可溶性磷的去除率最大。通过实际的二级出水(二级污水处理厂尾水)的柱试验证明:泥炭对二级出水的总磷和可溶性磷的去除率分别为95-98%和97-99%;钢渣对二级出水的总磷和可溶性磷的去除率分别为62-79%和71-82%;沸石+泥炭(3:1,v/v)柱对二级出水的总磷和可溶性磷的去除率分别为97-99%和95-98%。在泥炭、钢渣和泥炭+沸石这三种填料柱中,泥炭+沸石不仅对二级出水中的磷的去除率最高。此外,还可以有效去除氨氮。 2.在沸石、泥炭和钢渣三种填料对溶液里的氨氮的去除中,以沸石对氨氮的吸附能力最强,沸石、泥炭和钢渣对氨氮的最大吸附容量分别为13180mg/kg、1020mg/kg和770mg/kg。三种填料的最大吸附容量大小依次为沸石>泥炭>钢渣。在不同水力条件下三种填料中对二级出水氨氮去除效果依次为沸石>泥炭>钢渣。泥炭和钢渣对氨氮的吸附,溶液中氨氮浓度几乎从开始就超过了穿透点,沸石对氨氮的吸附则可以持续较长的时间,沸石对氨氮的吸附在水力停留时间为20min和40min时,穿透时间分别为13h和30h。 3.在本模拟试验中,超积累植物东南景天(Sedum alfredii Hance)对Zn、Cd、Cu和Pb具有良好的去除能力,其对重金属积累的能力与植物根际的微生物紧密相关。在无重金属污染时,对二级出水中的氮磷都也表现出了较好的去除率效果。本试验证明重金属超积累植物东南景天在低温条件下对二级出水中重金属和氮磷均有较好的积累和去除能力。 4.在鱼塘、华家池和污水处理厂二级出水三种不同类型的富营养化水体中,红叶甜菜(Beta vulgaris vat cicla)对这三种污水中不同形式的氮磷都有较好的去除效果。试验结束时,对鱼塘水体TN、NH_4~+-N、NO_3~--N、PO_4~(3-)-P和TP去除率分别达到85.72%、85.41%、93.70%、92.64%和84.24%;对华家池水体相应氮磷化合物的去除率达到了87.42%、80.62%、87.73%、80.42%和81.74%;对二级出水相应的氮磷去除率分别也达到了49.93%、60.54%、48.45%、59.54%和58.44%。红叶甜菜对各供试富营养化水体表现了良好的适应性。 5.在模拟的不同磷浓度的地表水中满江红(Azollao filiculoides lanm.)对溶液里的铵态氮、硝态氮和可溶性磷均有较好的去除效果。在试验结束的时候,溶液铵态氮、硝态氮去除分别达94.04%和95.46%,各种磷的去除率分别达87.00%,96.75%和99.00%。在各种磷浓度下,满江红的生长量均有增加。满江红的生长量、植物体氮和磷浓度均随溶液里磷的浓度增加而增加。 6.基于不同填料和植物对污水中氮磷去除研究的基础上,并针对填料、微生物、植物及二级出水特性特点构建的人工组合生态系统在本地较低温度条件下、较短的水力停留时间对二级出水的COD_(Cr)、NH_4~+-N、TN和TP都有较好的去除率。在5个月试验期间,COD_(Cr)去除率为91%以上,NH_4~+-N去除率达98%以上,TN去除率达90%以上,TP去除达97%以上,达到了预期的效果。


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