曝气气水比对人工湿地处理效果的影响_钟秋爽

曝气气水比对人工湿地处理效果的影响＊钟秋爽1王世和2孙晓文1黄娟2鄢璐2(1.江苏省建设厅科技发展中心,江苏南京210013;2.东南大学市政工程系,江苏南京210096)摘要从溶解氧角度出发,考察了曝气气水比对人工湿地处理效果的影响。选取气水比为0、2、4、6、8、10、12七种工艺参数进行试验。结果表明,曝气可明显改善整个湿地的溶解氧水平及湿地的处理效果,尤其是脱氮效果。在气水比为6时,人工湿地各污染物的去除率达到最大,COD去除率为85.6%,TP去除率为70.9%,TN去除率为83.1%,NH3-N去除率为84.2%,出水NO-3-N浓度最低,为6.32mgL。关键词人工湿地曝气气水比溶解氧处理效果＊国家自然科学基金项目(50278016)。0引言人工湿地是一个复杂的多相系统,作为一种生态污水处理技术,去除效率很大程度上受湿地中DO水平的影响[1-2]。王宜明[3]认为,植物根系的泌氧是人工湿地,尤其是潜流式湿地中污染物降解所需氧气量的主要来源。但有些研究表明,根部的输氧作用对湿地不起重要作用,大气的扩散也受湿地基质的阻滞。实践和研究表明,从植物根部渗透的少量氧气相对于城市污水在实际负荷所需要的氧气是微不足道的[4]。张甲耀等[5]的研究结果也表明,潜流型人工湿地的充氧能力较低。1材料与方法1.1试验装置本试验在水平流人工湿地上运行,该人工湿地已运行3年,其上栽种美人蕉,如图1所示。湿地为3.3m×1.0m×1.0m,底面坡度为1%,底部和四周为砖石结构砌筑,并进行防渗处理。湿地分为配水区、处理区、集水区,并以穿孔板分隔,防止短流。采用Z-00256型空气压缩机对人工湿地进行曝气,曝气管管口设在湿地前端,沿湿地侧壁接出,以软管连接曝气管和空气压缩机。曝气管管口距湿地底层20cm,距布水区后壁50cm。图1人工湿地示意1.2试验用水原水采用南京某生活污水处理厂初沉池出水,水质指标见表1。表1水质指标mgLCODBOD5SSNH3-NTNNO-3-NTP150～350100～12080～26040～6845～907.5～12.53.1～6.81.3试验方法选取已处于稳定运行阶段的3块美人蕉湿地,试验于2006年7—9月进行,期间温度变化不大。其中1块不曝气,作为对照;另外两块连续曝气,分别在不同工况下运行。3块美人蕉湿地均保持5.5d的最佳水力停留时间,进水量恒定,调节进气量的大小以调节气水比。进气量用空气压缩机上的气体流量计控制。参照一般城市污水处理厂曝气池运行参数,选取2、4、6、8、10、12六个气水比作为试验运行工况,每工况运行30d。考察了不同工况下出水的DO、COD、TN、NH3-N、NO-3-N、TP及各污染物的去除率。2结果与讨论2.1气水比对出水DO的影响图2为在不同气水比下人工湿地出水DO浓度的变化情况。由图2可见,在无曝气时(气水比为0),湿地出水溶解氧质量浓度仅为0.45mgL;曝气后,出水溶解氧质量浓度开始随气水比的升高而升高,当气水比>6时,溶解氧浓度曲线渐趋平缓,出水溶解氧质量浓度基本维持在0.73～0.8mgL。分析认为:湿地内部整体处于缺氧状态,随着曝气量的增加,溶解氧开始在湿地内部出现积累现象,导致出水溶解氧提高,但当湿地内溶解氧达到饱和状42环境工程2008年12月第26卷第6期DOI:10.13205/j.hjgc.2008.06.013图2气水比对出水DO的影响态时,即使加大曝气量,溶解氧也不增加,出水溶解氧也不再增加。这充分说明曝气强度过大不仅不能提高处理效果,反而导致能源浪费。同时也说明,曝气很大程度上能够改善湿地内整体溶解氧水平。2.2气水比对COD及TP去除率的影响COD及TP去除率随气水比的变化见图3。图3气水比对COD及TP去除率的影响气水比影响到人工湿地COD及TP的去除率。在气水比<6时,COD去除率从不曝气时的70%增加到85.6%;在气水比>6时,COD去除率随气水比的增加反而降低。人工湿地进水中很大一部分溶解性有机物首先被吸附于基质及可沉降颗粒表面而被截留,进而被微生物降解。曝气时,湿地内的微生物状态开始发生改变,好氧微生物开始增多,而好氧微生物降解有机物的速率较快,效率也较高,因此COD去除率增幅较大,最大增长幅度达15.6%。而较大的曝气量虽然增加了湿地中的DO,但同时对湿地基质产生一定的气液冲刷作用,降低了基质的吸附量,影响了微生物对营养物质的利用,所以出现COD去除率降低。由图3可见,TP去除率的变化规律同COD去除率的变化规律相同,在气水比<6时,随气水比的增加而增加;气水比>6时,随气水比的增加而降低。当曝气强度开始增加时,湿地内氧环境开始发生变化,局部区域逐渐由缺氧变为好氧,此时聚磷菌对磷的摄取量加大,使得磷的过量积累得以完成,TP去除率也开始增