2023年毛管渗滤处理农村生活污水的研究.docx

毛管渗滤处理农村生活污水的研究 ：本文介绍了适合处理农村生活污水的处理技术之一毛管渗滤系统，以作者自制的模拟工艺说明了其特点和技术原理，根据实验结果，分析出毛管渗滤系统对农村生活污水中各种污染物〔COD、NH3-N、TN、TP〕的去除效果及改变水力负荷对污染物去除效果的影响。 关键词：毛管渗滤 水力负荷 去除率 中图分类号：Ｘ５０６ 文献标识码：A 文章编号：1674-098X(2023)12(a)-0000-00 1 研究意义 我国农村地区随着国民经济的兴旺也逐渐富裕起来，农村地区用水量也越来越大，随之生活污水的排放也大大增加。这类生活污水由于含氮磷较高，再加上污水处理的滞后，这些生活污水没有经过处理最终进入到湖泊等受纳水体，导致河流和湖泊的富营养化。在近几年，水体的富营养化越来越严重，给很多城市造成了很大的影响。因此，为了有效控制面源的污染，遏制水体富营养化趋势，对农村生活污水的处理已刻不容缓。 2 毛管渗滤的特点 毛管渗滤系统是一种较简单的土地污水处理系统，操作方便，能耗低，投资又少，而且净化效果较好。系统不仅可以高效的去除有机污染物，同时也能有效的去除氮和磷，对较好的保护水源有重大的意义。这种处理系统特别适用于处理未与城市排水系统接通的分散建筑物排出的小流量污水。 3 实验装置及方法 根据毛管渗滤的工艺，在实验室搭建了一套小型的模拟装置，前后运行了大概七个月的时间，由于就近没有农村生活污水供原水之用，所以只能采用人工配水的方式模拟农村生活污水，参考各地农村生活污水指标，水质指标初步定为：COD：150mg/L；NH3-N：30mg/L；TN：40mg/L；TP：8mg/L。通过监测出水的COD、 NH3-N 、TN 、TP得出四种指标的去除效果，结合四种指标的去除机理分析改变水力负荷，系统对其去除效果的影响。 工艺特点：水箱中的污水经过水泵的提升被输送至渗滤系统，渗滤系统中布有多条渗滤沟，污水经布水管分配到这些渗滤沟中，通过卵石层的再分布，在土壤毛细作用下上升，一局部进入人工土，进入好氧阶段，一局部进入到基质层，进入厌氧阶段，最后都通过集水管的收集排出系统之外。 人工土采用耕层壤质土和草炭为原料拌和而成，这类土壤中存在着种类繁多，数量庞大的各种菌群、藻类和原生动物等。人工土的厚度为25cm左右。基质层分为4层，使用废弃的活性炭〔粒径为0.5-1.2mm〕、粗砂、细沙、三七灰土组成。 由于此装置中土壤都是人工配制而成，有机质含量丰富，基层质中还含有吸附性较好的活性炭，因此土壤的结构兴旺，渗透速率高，吸附作用强，通透性也较好。同时，污水给土壤提供丰富的营养和能源物质，这样土壤就具有较高的生物活性。污水投配到渗滤系统后，沿着土壤上升，通过土壤的截留和吸附、微生物分解利用以及植物的根系吸收等一系列作用，污水中的有机物就得到了降解。去除有机污染物的关键过程就是：截留和吸附在土壤中的有机污染物在微生物的作用下，经过生化反响被转化成无机物。 地表的人工草坪对有机物的吸收也是污水净化的重要途径。污水中的氮、磷等有机物也是植物生长所需要的营养，通过植物的根系有机物被吸收，除草时被移出系统这样就到达了去除的目的。 4 实验结果与分析 〔一〕毛管渗滤系统对COD的去除率及机理分析： 水力负荷的变化和COD去除率的变化，如下表： 由表看出，水力负荷为0.03 m3/m2•d时，去除率已经到达98.59%，但增加到0.078 m3/m2•d时，去除率只有67.93%，去除率随着水力负荷的增加而减小。 COD的去除机理：生活污水中的COD主要分为两种，可溶水的物质和不溶于水的物质。可溶于水的物质可以在好氧菌和厌氧菌的作用下分别产生气体逸出，好氧过程降解产生CO2逸出系统，厌氧过程可以生成CH4、CO2逸出，在两个过程中生成的一些中间产物例如小分子酸、醇、单糖等都可以被其它生物反响带出系统。而不溶于水的COD以SS的形式存在，去除过程就相对简单了。 分析：由机理可知，毛管渗滤系统中COD去除可以在系统外表和靠近外表的浅层填料中发生，由于这一区域供氧较充分，生长着大量的菌群和原生动物，构成了复杂的生物链，大大提高了污水中有机物的去除。 〔二〕毛管渗滤系统对NH3-N的去除率及机理分析： 水力负荷的变化和NH3-N去除率的变化，如下表： 由表很容易看出，NH3-N的去除率没有COD好，水力负荷增加以后，去除率由86.29%减少到46.17%，去除效果比拟差。 NH3-N去除机理：生活污水中的氮大局部以氨氮和有机氮的形式存在[1][A.Tank Bakoglu.Nutrient removal from domestic wastewater by rapid infiltration system.Journalof Arid Environments(1996)34:379~390.]，其余的还以硝态氮和亚硝态氮的形式存在，在土地渗滤系统中也有可能以NH3、NO、NO2等气体形式存在 [2][Marcia.B,Degen.R.B,Reneau.Jr.Denitrification in Onsite Wastewater Treatment and Disposal Systems.Virginia Water Resources Research Center.][3][Desiree A.Rammon J.Jeffrey Peirce.Biogenic nitric oxide from wastewater land application.AtmosphereEnvironment.1999,33:2115~2121.]。土地渗滤系统可以通过土壤的吸附、过滤、沉淀、离子交换、微生物的硝化和反硝化作用对氮进行去除 [4][刘超翔，董春宏，李峰民等.潜流式人工湿地污水处理系统硝化能力研究.环境科学.2003,24(1)：80～83. 姜翠玲, 夏自强, 刘凌, 等. 污水灌溉土壤及地下水三氮的变化动态分析. 水科学进展.1997,8(2):183～188. 祝万鹏，杨津湘，杨志华.氨氮在饱和水粉砂土和亚砂土层中吸附过程及其模拟. 环境科学.1996,17(2):9～12. 黄绍敏,皇甫湘荣,宝德俊,等.土壤中硝态氮含量的影响因素研究. 农业环境保护.2001,20(5):351～354. 张军, 周琪, 何蓉. 外表流人工湿地中氮磷的去除机理. 生态环境.2004,13(1):98～101. 吴莹, 张经, 李道季. 营养盐氮磷在湿地中的迁移与循环.海洋科学.2004,28(2):69~72.]。土地渗滤系统处理生活污水中的氨氮，可以有以下几种转化途径：①挥发；②吸附；③硝化；④植物的吸收作用。对于毛管渗滤系统，一般除氮效果比拟有限。 分析：在此过程中，增加水力负荷，NH3-N的处理效果明显下降。一方面，水力负荷的增加就意味着有机负荷也增加了，根据机理分析，系统去除效果本来就有限，现在更是雪上加霜。另一方面，增加水力负荷也会影响到填料的含水率，从而影响到填料中的好氧条件以及系统的大气复氧速率。就实验结果看，去除率只有一半。 〔三〕毛管渗滤系统对 TN的去除率及机理分析： 水力负荷的变化和TN去除率的变化，如下表： 表3水力负荷变化时TN的平均去除率 工程1234 水力负荷〔m3/m2•d〕0.030.050.0750.078 总氮平均去除率53.38%63.05%57.66%52.10% 由表说明，水力负荷变化时，TN的去除率变化不大，在0.05 m3/m2•d 和0.075 m3/m2•d的负荷值下，去除率稍有了增长。 TN去除机理：由NH3-N的去除机理可以看出，污水中的氮以有机氮和氨(或铵离子)的形式存在，而且根据上面的NH3-N去除效果看，它是地下渗滤系统中较难去除的物质，其去除率因污水水质、外在条件和操作条件的不同在10%~90%的范围内变化[5][Mikael Pell, Fred Nyberg. Infiltration of wastewater in a newly started pilot sand-filter system:Ⅰ.Reduction of organic matter and phosphorus. J. Environ. Qual.,1989,8:451~475.]。氮在土壤中的迁移转化大概经历以下的过程：有机氮转变成为氨态氮，氨态氮被土壤层截留、吸附，土壤吸附的氨态氮通过硝化作用转化为硝态氮，硝态氮在反硝化作用下以N2或N2O的形式逸出。事实提高植物吸收去除氮的能力的上升空间不大，而设法为系统提供良好的硝化、反硝化条件才是去除氮最好的根本出路。 分析：结果说明，该系统对污水中总氮的去除效果并不显著，当水力负荷增加时，系统脱氮效果比拟有限，其重要原因之一是碳源缺乏。 〔四〕毛管渗滤系统对 TP的去除率及机理分析： 水力负荷的变化和TP去除率的变化，如下表： 由表看出，水力负荷在0.03 m3/m2•d时，TP的处理效果是最好的，随着水力负荷的增加，去除率明显降低。 TP的去除机理：土壤中存在的总磷包括可溶性磷酸盐、不溶性磷酸盐、可溶性有机磷、不溶性有机磷，在土地渗滤系统中，对于可溶性磷酸盐，主要是通过土壤层对其沉淀、吸附而得以去除，此外还可以通过植物和微生物的同化被去除；而可溶性有机磷，是先被转化成磷酸盐，然后再进行上述可溶性磷酸盐的去除，也有一局部可能直接被生物同化；对于不溶性有机磷，通过土壤的截留、吸附，转化成可溶性磷酸盐或者可溶性有机磷从而去除掉；对于不溶性磷酸盐，通过土壤的截留可以去除，被吸附沉淀的磷会有局部被释放到水中[6-7][王亚男, 王红旗,舒艳. 含磷污水淋滤条件下土壤中磷迁移转化模拟实验.环境科学学报.2001,21(6):737~741. 梁威. 人工湿地对污水中氮磷的去除机制研究进展. 环境科学态.2000,3:32~37. 张建, 黄霞, 魏杰,等. 地下渗滤污水处理系统的氮磷去除机理. 中国环境科学.2002,22(5):438~441.]。污水进入地下渗滤系统后有90%的总磷短时间内立即被土壤吸附，而后被吸附的磷通过与Ca2+、Fe3+和Al3+的反响被转化成不可溶解的形式。 分析：通过机理可以看出，土地渗滤系统中磷的去除主要是借助内部填料的物理和化学的吸附，生物作用并不起太大的作用。因此毛管渗滤系统中磷的去除效果最主要是取决于填料对磷的吸附性。 5 结论和建议 本文主要研究了毛管渗滤系统对农村生活污水中各种污染物〔COD、NH3-N、TN、TP〕的去除效果及改变水力负荷对污染物去除效果的影响，实验结果说明，水力负荷为0.03 m3/m2•d时，系统对COD、氨氮、总磷处理效果是最好的，水力负荷的改变将明显降低毛管渗滤系统对污染物的去除率。同时毛管渗滤系统使用的填料对于处理效果起着相当关键的作用。当水力负荷加大时，为了提高系统对污染物的去除率，除了改善内部填料还可以强化布水措施。为了进一步提高总氮的去除率，需改善条件以促进反硝化作用。 参考文献 [1] A.Tank Bakoglu.Nutrient removal from domestic wastewater by rapid infiltration system.Journalof Arid Environments(1996)34:379~390. [2] Marcia.B,Degen.R.B,Reneau.Jr.Denitrification in Onsite Wastewater Treatment and Disposal Systems.Virginia Water Resources Research Center. [3] Desiree A.Rammon J.Jeffrey Peirce.Biogenic nitric oxide from wastewater land a