用于污水回收利用的人工濕地-水生生物-土壤滲濾組合工藝
摘要：介紹利用人工濕地—水生生物—土壤滲濾組合工藝回收利用污水的技術(shù)，并進(jìn)行相關(guān)的分析和討論。
關(guān)鍵詞：回收利用,人工濕地,垂直流土壤過(guò)濾器,填海
一個(gè)有效的生活污水處理系統(tǒng)應(yīng)減少?gòu)U水的產(chǎn)生并將其再利用。其具體目標(biāo)包括［1］：①評(píng)價(jià)階段進(jìn)水，再循環(huán)，具體的有氧和無(wú)氧的區(qū)域，有氧和無(wú)氧環(huán)境的交替，沸石對(duì)氮的吸附；②評(píng)價(jià)磚屑片對(duì)磷吸收及固氮植物對(duì)磷的吸收和儲(chǔ)存；③分析使用的脫氮除磷廢水處理回用工藝的成本效率。
人們排入高品質(zhì)水中的廢物和進(jìn)入地下及地表的污水，其總量是不可忍受的。這種水利用效率極低，并同時(shí)會(huì)產(chǎn)生不良的影響。無(wú)論是分散或集中式的水處理技術(shù)都使其附近受益于污水的處理和再利用［2，3］。分散式廢水處理的設(shè)計(jì)已經(jīng)演變成一個(gè)復(fù)雜并有眾多優(yōu)點(diǎn)的水處理技術(shù)，但是它的不足之處在于地面上或者地表水的非點(diǎn)源污染治理，結(jié)果導(dǎo)致氮磷及致病菌的污染。集中式的污水處理工藝的困擾在于規(guī)模的不斷擴(kuò)大、成本的升高以及資金籌集的不善、運(yùn)行操作的失當(dāng)以及周期性的將部分污水排入地表水之中［4］。
1 工藝方法
利用化糞池的組合，將2 個(gè)單元連接構(gòu)造濕地系列，加上抽水器，以及紫外線好加氯消毒，模塊化的土壤過(guò)濾盒，處理過(guò)的水的回用于沖洗廁所。
（1）人工濕地的介紹。人工濕地污水處理系統(tǒng)美觀，成本低，獲取養(yǎng)分維持系統(tǒng)。工程濕地被選為本系統(tǒng)設(shè)計(jì)的可調(diào)水分條件，他們的設(shè)計(jì)提供全方位的優(yōu)勢(shì)，因此為氮轉(zhuǎn)化提供最大程度的控制［5］。在不斷的進(jìn)水，低溶解氧，pH 呈酸性的條件下，人工濕地內(nèi)的氮將以銨氮的形式存儲(chǔ)。當(dāng)濕地植物處于生長(zhǎng)季節(jié)時(shí)候，氮將以硝酸鹽氮和氨氮的混合物供給植被生長(zhǎng)。冬季反硝化作用將被加強(qiáng)，通過(guò)增加浸潤(rùn)時(shí)間，進(jìn)入濕地的硝酸鹽氮通過(guò)分級(jí)進(jìn)水和和再循環(huán)的形式流通。當(dāng)需要經(jīng)常澆水且的氮負(fù)荷有限時(shí)，這種運(yùn)行方式也可能是有用的。
要加強(qiáng)系統(tǒng)內(nèi)的氮的脫除，串聯(lián)的2 個(gè)人工濕地單元的運(yùn)行需要采取周期進(jìn)水，再循環(huán)，好氧和缺氧的空間的分化，有氧和無(wú)氧環(huán)境的交替等方式。堆積土壤的過(guò)濾水平潛流濕地。
堆積土壤過(guò)濾水平潛流濕地的設(shè)計(jì)，采用的標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合水力負(fù)荷和有機(jī)負(fù)荷率。使用的基材包括粉碎磚，粗砂和礫石［6］。處理組件的組合堆疊在彼此的頂部，以節(jié)省空間，提高處理效果和創(chuàng)造的審美情趣。處理組件的設(shè)計(jì)除作為污水處理外，也是人們互動(dòng)娛樂(lè)的空間。其中就包括濕地，高地和過(guò)渡物種的植物多樣性。
（2）以太陽(yáng)能為動(dòng)力閥，啟動(dòng)和運(yùn)行人工濕地。水流量的控制，是通過(guò)12V 太陽(yáng)能供電的電動(dòng)閥門(mén)，間歇性地控制水流的打開(kāi)和關(guān)閉。通過(guò)調(diào)整閥門(mén)開(kāi)啟時(shí)間，讓水從沙層流過(guò)。進(jìn)水和排水增強(qiáng)了硝化反硝化作用和磷的吸附。太陽(yáng)能電源的使用，將為該工藝在偏遠(yuǎn)地區(qū)的類似應(yīng)用提供重要借鑒。
（3）養(yǎng)分管理種植箱。這些組件的設(shè)計(jì)，以如土砂過(guò)濾器和土丘等模塊化的過(guò)濾器組件為代表。種植箱的設(shè)計(jì)除考慮廢水處理之用外，要能夠照顧到室內(nèi)外的擺放及美觀。廢水水力負(fù)荷率從40-120mL/d。磷的去除并不是經(jīng)常與水生環(huán)境相聯(lián)系。然而，磷將會(huì)被濕地單元下層含有鐵離子的磚粒所吸附，設(shè)計(jì)時(shí)會(huì)保持有氧磚基板。當(dāng)有必要限制磷在土地中的使用之后，磷將以不飽和的形式分布于濕地單元中。當(dāng)需要磷時(shí)，濕地將被淹沒(méi)，吸附在濕地中的磷的釋放用于園林植物或作物生長(zhǎng)。6個(gè)盒子均為1.2m×6m，都充滿了不同過(guò)濾器的基板和部分經(jīng)過(guò)處理的廢水劑量的壓力層。每月從每個(gè)箱子底部的排水渠的水進(jìn)行采樣。流量數(shù)據(jù)加上化學(xué)數(shù)據(jù)用來(lái)評(píng)估廢水成分的質(zhì)量平衡。
（4）水質(zhì)監(jiān)測(cè)。每月樣品（1000mL）取自系統(tǒng)內(nèi)進(jìn)水口和出水口的位置。水質(zhì)監(jiān)測(cè)主要從總凱氏氮（TKN），硝酸鹽氮（NO3-N）的，氨氮（NH3-N），總磷（TP），磷酸鹽磷，糞大腸菌群，總懸浮固體（TSS）的水質(zhì)樣本進(jìn)行評(píng)估，以及總?cè)芙夤腆w（TDS），化學(xué)需氧量（COD），生物需氧量（BOD），pH 值。濁度的連續(xù)測(cè)量，以滿足2 臺(tái)監(jiān)管要求。每天測(cè)量余氯，以確保在系統(tǒng)內(nèi)保持0.5mg/L［7］。
（5）水平衡的測(cè)定。流入系統(tǒng)組分的總量按照監(jiān)測(cè)泵周期和反應(yīng)器容積計(jì)算。每個(gè)周期數(shù)量和總量是計(jì)算出來(lái)的。流經(jīng)反應(yīng)器的組分通過(guò)相應(yīng)的顯影槽及計(jì)算得出。每天記錄降雨和溫度。這些信息將有助于計(jì)算系統(tǒng)水平衡，從而得知有多少水被回收了，有多少水在處理過(guò)程中消耗了。估算潛在蒸散量要使用來(lái)自附近氣象站和其他研究項(xiàng)目信息。
（6）景觀組件的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)。沒(méi)有存儲(chǔ)的水被回收回來(lái)，它的壓力被加到一個(gè)能自我調(diào)節(jié)沖洗發(fā)射器的淺水域的灌溉系統(tǒng)。灌溉園景區(qū)是由兩個(gè)區(qū)域，每個(gè)領(lǐng)域被是簡(jiǎn)單的淺置于監(jiān)測(cè)井監(jiān)測(cè)。監(jiān)測(cè)井的安裝是成對(duì)的；一個(gè)安裝在A-B 土層界面，一個(gè)安裝在B- C 土層界面。
（7）浮萍處理效果實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)。針對(duì)植物基因型選擇，特別適用于該系統(tǒng)的能夠有效處理生活污水的植物之一是浮萍。世界范圍內(nèi)有4 屬32 種浮萍。此外，大多數(shù)物種有幾個(gè)確定地域分離。因此，它很可能在地域隔離種內(nèi)存在較大的變異株能夠有效增長(zhǎng)，并進(jìn)一步凈化已部分處理的生活污水。
在進(jìn)一步凈化生活污水方面設(shè)計(jì)了一個(gè)實(shí)驗(yàn)，采用11株快速增長(zhǎng)的隔離浮萍株以確定他們是否有比較突出的能力。實(shí)驗(yàn)是在體外進(jìn)行，包括3 個(gè)液體介質(zhì)：指定SH 培養(yǎng)基，SH 加3％蔗糖，部分修復(fù)國(guó)內(nèi)污水標(biāo)準(zhǔn)營(yíng)養(yǎng)維持液。養(yǎng)殖環(huán)境是恒定23℃，16h 照射，照射光由廣譜管熒光燈管提供的一種光合作用光子流量40 umol/m2 的基礎(chǔ)上的。3 周后，培養(yǎng)基開(kāi)始變化，通過(guò)將8 種植物體引入25mL 容器中，記錄活的和死的葉片數(shù)和鮮重［8］。葉片在36℃中放置48h 后烘干稱重并記錄。3 個(gè)培養(yǎng)基代表每個(gè)隔離種。由于總干生物質(zhì)生產(chǎn)是至關(guān)重要參數(shù)，最關(guān)注的是，此參數(shù)的獲得。
2 結(jié)果和討論
（1）人工濕地和土壤過(guò)濾器。方法的建立是在1998 年2月完成。濕地單元種植的植物有黑竹，紫竹，甜標(biāo)志的品種，菖蒲屬；黃花菜，萱草屬，菖蒲，鳶尾，金櫻子和倉(cāng)促，燈心草。水產(chǎn)品組件內(nèi)使用的浮萍株的初步化驗(yàn)檢查已經(jīng)完成。
（2）浮萍系統(tǒng)。在每個(gè)范圍內(nèi)的3 個(gè)中型處理株中觀察到了大的差異（P <0.0001）。在最不發(fā)達(dá)和最有生產(chǎn)力的分離株之間看到了一個(gè)近5 倍的差異，通過(guò)觀察到的激增超過(guò)3 周的葉片由總干重的判斷其能否用于生活污水的凈化處理。值得注意的是類似的差異出現(xiàn)在了SH 培養(yǎng)基和SH3％處理中。當(dāng)在部分凈化的生活污水中生長(zhǎng)時(shí)，與沒(méi)有蔗糖的人工培養(yǎng)基相比，11 株中的5 株產(chǎn)生了更大的生物量，而相反的是真正的浮萍gibba 株只有G3。
正如預(yù)期的那樣，當(dāng)蔗糖添加到SH 介質(zhì)中時(shí)，所有的菌株在這種光線較暗的環(huán)境中生長(zhǎng)的更好。隔離種在SH3％的中期表現(xiàn)是有趣的，因?yàn)樗赡鼙砻鞲綦x潛在的條件是最優(yōu)的，例如充足的光線下。例如，紫萍隔離8240 間，部分凈化生活污水和SH 增長(zhǎng)相對(duì)強(qiáng)勁的菌株，但在SH3％培養(yǎng)時(shí)它遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)了所有的菌株。
從這個(gè)實(shí)驗(yàn)中得到的一個(gè)重要的事實(shí)是，即使在快速增長(zhǎng)的預(yù)選的一組，分離株的浮萍，他們的增長(zhǎng)能力方面，凈化的生活污水方面也大大不同。另一個(gè)原因是，大多數(shù)菌株，部分凈化的生活污水，和人工營(yíng)養(yǎng)或比人工營(yíng)養(yǎng)，在促進(jìn)健康的浮萍增長(zhǎng)中更好。2 者綜合起來(lái)，這些事實(shí)使我們相信，生活污水處理系統(tǒng)內(nèi)的基因型選擇將導(dǎo)致更有效的處理效果。
（3）復(fù)合垂直流-水平潛流人工濕地系統(tǒng)的評(píng)價(jià)。該系統(tǒng)有效地去除了78％的總氮（TN）和97％的銨態(tài)氮（NH4+N）。垂直流濕地單元提供了一個(gè)有氧環(huán)境，使得進(jìn)水NH4-N 近乎完全被硝化。系統(tǒng)總磷（TP）的去除效率為44％。粉碎磚作為過(guò)濾器基板使用，實(shí)驗(yàn)室評(píng)估表明其具有70％～80％除磷潛力。該系統(tǒng)有效地去除了總懸浮固體（TSS）（去除率57％）和生物需氧量（BOD）（去除率97％）。通過(guò)垂直流濕地單元，病原微生物水平降低了1～2logs，水平流濕地單元為2～3logs。橫向流動(dòng)單元對(duì)菌體的影響不大。
3 結(jié)論
通過(guò)利用人工濕地-水生生物-土壤滲濾組合工藝來(lái)進(jìn)行地下污水的回收利用，得到較好的出水水質(zhì)。垂直潛流和水平潛流人工濕地復(fù)合系統(tǒng)，為硝化-反硝化脫氮，去除有機(jī)物質(zhì)和吸附除磷提供了必要的環(huán)境。系統(tǒng)中的某些植物是有選擇性地或使用基因工程處理過(guò)，以最大限度地提高其污水回收的潛力。該系統(tǒng)有效地去除了78％的總氮（TN）和97％的銨態(tài)氮（NH4+N）；總磷（TP）的去除效率為44％；有效地去除了總懸浮固體（TSS）（去除率57％）和生物需氧量（BOD）（去除率97％）。
參考文獻(xiàn)
1 APHA，1992.Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater，17th ed.Washington，DC.
2 趙勇勝.地下水污染場(chǎng)地污染的控制與修復(fù).長(zhǎng)春工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2007（1）
3 王勝虎. 垃圾場(chǎng)滲瀝液對(duì)區(qū)域地下水污染程度和污染范圍的研究.中國(guó)高新技術(shù)企業(yè)，27008（12）
4 劉海亞.淺談地下水污染及其防治對(duì)策.污染防治技術(shù)，2010（06）
5 Lauer，W.，Rogers，S.E.，1996.The demonstration of direct potable water reuse: Denver’s pioneer project.Paper presented at Joint AWWA: WEF Water Reuse Cont.，San Diego，Calif.
6 House，C.H.，Broome S.W.，Hoover，M.T.，1994.Treatment of nitrogen and phosphorus by aconstructed upland-wetland wastewater treatment system.Water Sci.Tech.29（4）
7 Kickuth，R.，1984.Das Wurzelraumbverfahren in der Praxis.Landsch. Stadt.，16，pp
8 Vogt，D.，1995.North Carolina Environmental Indicators.State Center for Health and Environmental Statistics，DEHNR.
作者簡(jiǎn)介：路洪濤（1970～），男，河北省景縣人，高級(jí)工程師，大學(xué)本科，主要從事環(huán)境影響評(píng)價(jià)與技術(shù)評(píng)估領(lǐng)域的研究與業(yè)務(wù)。
使用微信“掃一掃”功能添加“谷騰環(huán)保網(wǎng)”
