曝氣-生態浮床治理氮磷污水凈化效果研究

褚 奇,徐 婷,李 隆,施澄驊

(常州市城市防洪工程管理處,江蘇 常州 213000)

0 引 言

隨著我國城市建設步伐的不斷加快,城市污染也日益加重。其中,城市河流污染十分嚴重,部分城市河道存在富營養化,氮、磷超標,導致出現一系列生態系統紊亂的問題。

為此,許多專家學者針對河道水質凈化開展了相關研究。吳卿等［1］為探究太陽能曝氣及反硝化細菌顆粒強化組合生態浮床的去除效果,通過設置5組實驗裝置,測試不同實驗條件對COD的去除作用,結果表明反硝化細菌可縮短氮素轉化過程,并提升其轉化率。王璐等［2］為解決江溝黑臭問題,采用生態復合技術進行河道治理,通過進行連續10個月的研究得出測試結果,并對不同方法作出評價。王樂陽等［3］基于高活性菌藻填料特性,將其與生態浮床結合,對河道水生植物進行凈化,并建立良好的空間體系,結果表明該方法效果較佳。練繼建等［4］將生物膜法、曝氣富氧法等方法相結合,開發出全新的生物膜用于凈化水質,結果表明該生物膜可提高水體透明度,減少水體黑臭現象,為河道治理提供科學依據。曾冠軍等［5］為研究曝氣-生態浮床裝置對水體富營化的效果,將生態浮床和該裝置進行對比,結果表明曝氣-生態浮床裝置對去除水體氮磷效果尚佳,是處理水體富營養化的實用方法。

本文以江蘇省常州市西市河、鎖橋河的河道污染情況為研究背景,通過設置曝氣-電解強化生態浮床和生態浮床裝置,分析水中氮﹑磷營養鹽凈化情況,并對不同裝置作用機理進行對比分析,為實際工況提供參考。

1 工程概況

本研究以江蘇省常州市西市河、鎖橋河河道為研究背景,河道全長1 990m。其中,西市河全長1 270m,河面最寬和最窄相差8m,最寬處15.5m;鎖橋河全長720m,河面最窄與最寬相差6.5m,最窄處與西市河相同。兩條河道水深3.5m左右,底部淤泥層接近1m,由于河道周圍生活區較多,導致河面漂浮有水藻、垃圾等。河道污染目前主要分為內源污染和外源污染,其中內源污染主要是由于點源排放沉積、降雨驅動、河道內生物沉積、大氣沉降等因素造成;外源污染主要是由于周邊生活污水直接排放、岸邊垃圾隨意堆放、雨污管網管道等因素造成。

2020年以來,對西市河、鎖橋河的水質進行檢測發現,河道水質環境較差,且河道內總氮、總磷、透明度等指標明顯偏離正常水平,屬于有機污染十分嚴重的水質。

2 材料與方法

針對西市河、鎖橋河河道污染現狀,設置試驗裝置2組,分別為曝氣-電解強化生態浮床和生態浮床裝置,分析水中氮﹑磷營養鹽凈化情況。見圖1。

圖1 裝置示意圖

由圖1可知,試驗裝置主體結構由透明亞克力板制成,長、寬、高分別為0.5、0.4、0.5m,可有效容納0.3m的水量。裝置上方有一個植物袋,其用1 000g被鹽酸浸泡2h的生物質炭填充,浮床內植物為黃莒蒲;植物袋下方為陽極(鎂鋁合金棒)和陰極(石墨棒),陰陽兩極材料使用前經過鹽酸活化15 min,然后放于清水中,使陰陽兩極酸堿度為中性,再利用直流穩壓電源通電(電壓0～60V;電流0～2A)。另外,曝氣-電解強化生態浮床試驗裝置有曝氣頭可連續進行曝氣。

對比分析曝氣-電解強化生態浮床試驗裝置和生態浮床試驗裝置中水環境、浮床植物情況以及微生物群落的變化,并驗證曝氣-電解強化生態浮床試驗裝置的脫氮除磷能力。該裝置可以正常模擬河道的凈化過程,污染水通過蠕動泵至試驗裝置內部,污染水在裝置內部停留20d,然后在另一端溢出。

3 結果與討論

3.1 曝氣-電解強化生態浮床消除氮元素情況分析

圖2 編號1指標濃度變化與時間關系曲線

由圖2可知,生態浮床裝置內的污染水NH3-N含量隨著時間的變化,并無太大改變,其指標一直穩定在7～9mg/L之間。而曝氣-電解強化生態浮床裝置內污染水NH3-N含量在前8d內,無明顯下降趨勢;在8～12d時,污染水內NH3-N含量急劇下降;在12～14d有較輕的波動,但整體趨于穩定。

曝氣-電解的聯合作用有利于水體中NH3-N的去除,主要是因為曝氣和電解的聯合作用可以有效強化態浮床對NH3-N的去除,并且曝氣可增加污染水中溶解氧的含量,使水內出現大量好氧菌,提升浮床凈化能力。

圖3 編號2指標濃度變化與時間關系曲線

圖4 編號3指標濃度變化與時間關系曲線

污水中TN的具體情況見圖5。

圖5 編號4指標濃度變化與時間關系曲線

由圖5可知,生態浮床裝置內的污染水TN含量隨著時間的變化而產生較大波動,其波動范圍在8～11mg/L之間。而曝氣-電解強化生態浮床裝置內污染水TN含量則小于生態浮床裝置內的污染水TN含量,其變化趨勢為1～10d時,在7～9mg/L范圍內波動;10～12d時,曝氣-電解強化生態浮床裝置內污染水TN含量開始下降,之后在7～8mg/L范圍內波動。

3.2 曝氣-電解強化生態浮床消除磷元素情況分析

圖6 含P指標濃度變化與時間關系曲線

圖7 含P指標濃度去除率變化與時間關系曲線

4 結 論

本文以江蘇省常州市西市河、鎖橋河的河道污染情況為研究背景,通過設置曝氣-電解強化生態浮床和生態浮床裝置,分析水中氮﹑磷營養鹽凈化情況,并對比兩種裝置對去除水中氮、磷元素物質能力,分析其作用機理。結論如下:

2)由于溶解氧含量較低,導致分解菌數量較少,轉化能力較弱,傳統浮床對污染水內TN具有一定的去除能力。但其能力弱于曝氣-電解強化生態浮床裝置,曝氣-電解強化生態浮床裝置對污染水內氮元素的消除具有積極作用。