人工湿地深度处理焦化废水的毒性消减试验研究_李杰

人工湿地深度处理焦化废水的毒性消减试验研究李杰，徐竟成，李光明，黄翔峰（同济大学环境科学与工程学院，污染控制与资源化研究国家重点实验室，上海２０００９２）关键词：焦化废水；人工湿地；组合填料；生态毒性图１中试人工湿地构造图焦化废水是大型钢铁企业焦化厂在炼焦、焦炉煤气净化和焦化产品精制过程中产生的一类废水的总称，是一种典型的高浓度、高污染、有毒难降解的工业有机废水［１］。焦化废水通过一级物化处理（萃取、蒸氨等）和二级生化处理（厌氧、好氧处理等）对易降解有机物有较好处理效果，但对有毒难降解有机物去除效果不理想。对于焦化废水这样毒性较大的有机废水，需要一个生态毒性评价指标来真实反映多种污染物引起的生物综合效应。国内外学者在废水生态毒性评价方面进行了大量研究［２］，目前发光细菌毒性评价方法已被广泛应用于各种废水的生态毒性评价，包括各种工业废水［３－５］、人工湿地处理后的生活污水［６］、受污染的河水［７］等。人工湿地以其出水水质稳定、基建和运行费用低、利于有机物降解等特点，被越来越多的应用于污水处理中。砾石填料人工湿地在除去污水中的有机物具有明显的优势［８］。本文通过开展砾石填料人工湿地深度处理钢铁企业焦化废水的试验，研究有机物的去除效果和废水生态毒性的消减效果及其相关关系。１材料与方法１．１试验用水试验用水为某大型钢厂焦化废水经二级生化处理后的外排废水，废水水质基本达到（ＧＢ８９７８－１９９６）《污水综合排放标准》。试验期间，湿地进水的主要水质指标见表１。表１中试人工湿地试验用水水质指标指标数值范围均值ｐＨ６．３４～９．０４７．０９浊度（ＮＴＵ）４．５４～５９．１０２５．３５色度（度）４６．１～７３６２３６ＣＯＤＣｒ／ｍｇ·Ｌ－１３０．１８～１４４．３９６２．６４ＴＯＣ／ｍｇ·Ｌ－１２６．２２～７１．７３３３．１５ＮＨ３－Ｎ／ｍｇ·Ｌ－１０．１０～１２．１６２．８７ＴＮ／ｍｇ·Ｌ－１２６．７０～６５．８９４３．１２ＴＰ／ｍｇ·Ｌ－１０．０１～０．９５０．２２１．２试验装置及运行工况中试规模的人工湿地，采用半地下式，有效尺寸为１３ｍ×２．３ｍ×０．９ｍ，填料层厚度为０．６ｍ，有效容积约为１８ｍ３。中试湿地以粒径为５～１５ｍｍ砾石和８～１６ｍｍ锰砂为填料，其中砾石为主要填料，在湿地２／３段位置处设置一段长０．５ｍ的锰砂填料段，约占总容积的４％。为便于植物的种植和生长，在潜流人工湿地石质填料层上覆盖了１５ｃｍ厚度的土壤，湿地植物为芦苇、菖蒲和再力花。中试人工湿地的构造如图１所示。该湿地于２００９年３月下旬开始全面进水，水深控制在０．６ｍ左右，完全淹没填料层。启动时的水力停留时间ＨＲＴ＝４ｄ，随后在保证湿地运行效果的情况下，根据水质处理情况和季节变化，逐步调整其水力停留时间，依次经历了４、５、７、５ｄ。从２００９年１０月于·８３１·化学世界２０１１年２０１０年６月取水样进行水质监测，经历了秋、冬、春、夏四季。１．３指标分析方法试验过程中所测的主要水质指标均按ＧＢ标准及《水和废水监测分析方法》（第四版）所规定的方法进行测定。仪器为ＢＨＰ９５１１型水质毒性快速检测仪，采用的菌种为青海弧菌Ｑ６７（干粉试剂）。测定时，首先将青海弧菌Ｑ６７干粉溶解于５ｍＬ的０．８５％（质量分数）ＮａＣｌ溶液中，摇匀后在室温下静置１０ｍｉｎ，然后用于样品测定。检测水体的发光细菌毒性级别根据美国Ｂｕｌｉｃｈ．ＡＡ的毒性等级评价标准［９］来判断，见表２。表２发光细菌毒性级别标准发光率Ｌ／％ｃＨｇＣｌ２／ｍｇ·Ｌ－１毒性级别＞７０＜０．０７低毒５０～７００．０７～０．０９中毒３０～５００．０９～０．１２重毒０～３００．１２～０．１６高毒０≥０．１６剧毒有机物ＧＣ／ＭＳ分析：仪器为ＴｈｅｒｍｏＦｏｃｕｓ－ＤＳＱ气相色谱－质谱联用仪，分析条件见表３。表３色谱和质谱控制条件项目控制条件色谱柱ＶＦ－５ＭＳ石英毛细管柱（３０ｍ×０．２５ｍｍ×０．２５μｍ）柱温起始温度６０℃（保持２ｍｉｎ），１５℃／ｍｉｎ的速度升至３００℃（保持１０ｍｉｎ）进样口温度２５０℃载气Ｈｅ气，流量为１．０ｍＬ／ｍｉｎ进样方式分流进样，分流比１０∶１，进样量：１．０μＬ质谱条件ＥＩ源，电离能量７０ｅＶ，离子源温度２５０℃扫描范围４１～４５０ａｍｕ质谱标准库ＮＩＳＴ库２结果与讨论２．１有机物的去除效果焦化废水属于典型的有毒难降解工业废水，经过二级生化处理后的某大型钢厂外排焦化废水，其中的ＣＯＤ组成则是一些更加难以被降解的有机污染物。湿地对某大型钢厂外排焦化废水中ＣＯＤ和ＴＯＣ的去除效果分别如图２和图３所示。图２焦化废水中ＣＯＤ随运行时间的去除效果图３焦化废水中ＴＯＣ随运行时间的去除效果试验期，人工湿地进水ＣＯＤ浓度在３０．１８～１４４．３９ｍｇ／Ｌ范围内波动，平均浓度为６２．６４ｍｇ／Ｌ，但是经二级生化处理后剩余