新型多级垂直潜流人工湿地开发及其在分散型校园生活污水处理中的应用研究

来源 :西安建筑科技大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:shinny321
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人工湿地作为一种高效低耗的污水处理技术,尽管在分散型污水处理中已经得到了广泛的应用,但是,仍需在强化溶解氧供给及强化脱氮除磷等方面进一步深入研究。另一方面,建筑固体废物作为建筑行业不可避免的副产物,产生量巨大且需要占用大量土地资源进行处置,对其进行资源化利用具有现实意义。本研究采用废弃粉煤灰砖(建筑固体废物的主要成分之一),通过静态试验,探明废弃粉煤灰砖对磷的吸附特征及影响因素;在此基础上,开发了建筑固体废物(废弃粉煤灰砖及建筑固体废物中回收的豆石)为填料的新型人工湿地,并将其应用于分散型校园生活污水处理。针对人工湿地系统除磷能力不高的问题,采用废弃粉煤灰砖作为人工湿地填料,以提高人工湿地除磷效果;针对人工湿地系统溶解氧供给不足及脱氮能力有待进一步提高的问题,采用潮汐流运行方式,提高人工湿地溶解氧供给速率并强化硝化;通过分段进水对碳源进行分配,以提高人工湿地反硝化脱氮效果。静态吸附试验以建筑固体废物粉煤灰砖为吸附剂材料,研究其对磷酸盐的吸附特征,以及磷酸盐初始浓度、吸附剂投加量、pH等因素对吸附行为的影响。采用伪一级动力学模型、伪二级动力学模型和颗粒内扩散模型描述吸附过程,结果表明:伪二级动力学模型最适于描述粉煤灰砖对磷酸盐的吸附过程。采用颗粒内扩散模型、Bangham方程及Boyd模型对吸附动力学机理分析,结果表明:颗粒内扩散速率不是粉煤灰砖吸附磷酸盐反应的唯一速率控制步,膜扩散速率同样影响吸附反应速率。采用Langmuir、Freundlich和Temkin等温模型对静态试验结果进行拟合,结果表明:Langmuir等温式方程最适合描述吸附过程,对磷酸盐的理论饱和吸附容量为44.62 mg/g。连续流动态试验以分散型校园生活污水为对象,采用强化沉淀预处理+四级垂直潜流人工湿地(Multi-stages Vertical Subsurface Flow Constructed Wetlands,MVSF-CW)(除磷单元以建筑固体废料为填料,采用潮汐流方式运行),研究其对分散型校园生活污水中典型污染物的去除特征。在第一级进水的运行条件下(运行周期4 h,8 h及12 h,共运行120 d),进水COD、NH4+-N及PO43--P浓度分别为92.13±23.94 mg/L、25.70±7.41 mg/L及2.73±0.75 mg/L时,相应出水浓度分别为53.07±12.68 mg/L、4.36±3.62 mg/L及0.02±0.02 mg/L,平均去除率分别为41.15%、84.52%及99.35%。出水COD、NH4+-N及PO43--P对《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB 18918-2002)一级A标准的达标率分别为26.83%、60.98%及100%。在分段进水的运行条件下(第一级、第二级及第三级人工湿地进水比例1:1:1,共运行480 d),进水COD、NH4+-N、TN及PO43--P浓度分别为177.88±75.66 mg/L、56.85±12.86 mg/L、64.49±14.32 mg/L及3.95±1.29 mg/L时,相应出水浓度分别为43.66±17.23 mg/L、0.80±0.90 mg/L、19.46±11.28 mg/L及1.48±0.33 mg/L,平均去除率分别为75.46%、98.64%、69.82%及58.96%;COD、NH4+-N、TN出水中《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB 18918-2002)一级A标准达标率分别为72.93%、99.25%、43.94%;出水PO43--P浓度未达到一级A标准要求。粉煤灰废砖作为主要填料的人工湿地对磷的吸附性能良好。在两个运行阶段的第二级人工湿地(粉煤灰砖为填料)中,单位重量粉煤灰砖的PO43--P去除量分别达到41.74 mg-P/g-填料及187.58 mg-P/g-填料。人工湿地系统的使用寿命大于基于吸附等温试验的估算值,表明人工湿地中填料除磷存在其他途径和机理,并需要进一步研究。MVSF-CW采用潮汐流与分段进水的运行方式,对分散型校园生活污水中典型污染物的去除效果良好。潮汐流运行方式能够显著提高系统内溶解氧含量,使其不再成为硝化作用的限制性因素。试验两运行阶段中人工湿地的供氧速率分别为4.02 g/m2·d及8.62 g/m2·d。分段进水方式能够为反硝化作用补充碳源,以分段进水的第二级人工湿地为例,分段进水后TN平均去除率由36.25%提高到65.59%。结果说明分段进水方式可以提高人工湿地系统的脱氮能力。
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