水生植物復(fù)合生物膜法凈化入江溢流污染的研究

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1、水生植物復(fù)合生物膜法凈化入江溢流污染的試驗(yàn)研究張?jiān)?陶明清2成小峰11鎮(zhèn)江市水利投資公司2江蘇中天環(huán)境工程有限公司摘要：針對(duì)鎮(zhèn)江北部濱水區(qū)（內(nèi)江）溢流污染提出了水生植物復(fù)合生物膜法凈化系統(tǒng)，利用植物浮床-彈性填料生物膜-曝氣生物濾池的吸收、吸附、降解、轉(zhuǎn)化等過(guò)程，對(duì)CSOs中污染物進(jìn)行凈化處理，在HRT為4h，COD、NH3-N、TN和TP去除率分別為82.1%、56%、57%、22%，總體凈化效果較好。COD、NH3-N、TN和TP降解過(guò)程遵循一級(jí)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)過(guò)程。關(guān)鍵詞：鎮(zhèn)江北部濱水區(qū)溢流污染水生植物復(fù)合生物膜法降解動(dòng)力學(xué)1.0鎮(zhèn)江北部濱水區(qū)

2、（內(nèi)江）溢流污染水質(zhì)情況鎮(zhèn)江北部濱水區(qū)位于老城區(qū)與長(zhǎng)江之間，區(qū)域面積60余平方公里，其中水體面積約8平方公里。區(qū)域內(nèi)河網(wǎng)密集，包含了金山、焦山、北固山等多個(gè)歷史人文和自然景觀，集中著鎮(zhèn)江市最豐富的歷史文化資源和水生態(tài)資源。鑒于北部濱水區(qū)的生態(tài)環(huán)境特征和水環(huán)境建設(shè)的戰(zhàn)略地位，該區(qū)域的水環(huán)境建設(shè)是鎮(zhèn)江市北部濱水區(qū)建設(shè)的重要內(nèi)容之一。鎮(zhèn)江市老城區(qū)以截流式合流制為主，目前主城區(qū)合流制管渠約占所有排水管道的數(shù)量的53.0%。未形成完整的污水截流、分流系統(tǒng)，特別是在雨季，大量合流污水和雨水徑流污染排入北部濱水區(qū)核心水體的內(nèi)江，形成相對(duì)集中的入江溢流。位于北

3、部濱水區(qū)的江濱泵站是鎮(zhèn)江市污水截流工程的終點(diǎn)提升泵站。設(shè)計(jì)能力為30×104m3/d,。合流制管網(wǎng)污水經(jīng)過(guò)江濱泵站的粗隔柵和沉砂池后，由水泵送至征潤(rùn)州污水廠進(jìn)行處理。在暴雨季節(jié)，內(nèi)江水位較高時(shí)，通過(guò)泵站將溢流雨污水提升排放到內(nèi)江，在內(nèi)江水位較低時(shí)，直接溢流進(jìn)入內(nèi)江。《鎮(zhèn)江市北部濱水區(qū)水環(huán)境建設(shè)關(guān)鍵技術(shù)研究及工程示范》課題組在2008年對(duì)研究區(qū)域的溢流口排放的污水進(jìn)行了1年的監(jiān)測(cè)，監(jiān)測(cè)結(jié)果如圖1所示。江濱泵站溢流口年平均濃度COD154.37mg/L，SS166.80mg/L，NH3-N14.11mg/L，TN19.62mg/L，TP1.87mg

4、/L。COD、SS、TN、NH3-N和TP在4~10月份平均濃度變化幅度較小，在1~3、11和12月份平均濃度變化幅度較大，這主要與內(nèi)江在豐水期和枯水期不同水位變化有關(guān)，江濱泵站溢流口排放不是連續(xù)的，而是階段性，排放后的污染受到內(nèi)江水體水動(dòng)力作用，導(dǎo)致監(jiān)測(cè)點(diǎn)水質(zhì)變化。（a）COD、SS濃度（b）TP、TN和NH3-N濃度江蘇省科技支撐計(jì)劃（BE2008615）、國(guó)家“十一五”重大水專項(xiàng)（2008ZX07317-001）資助項(xiàng)目圖1鎮(zhèn)江北部濱水區(qū)江濱泵站CSOs污染濃度2材料與方法反應(yīng)器采用1m×2.2m×3m的水箱，有效水深2.0m，反應(yīng)器采用

5、底部曝氣的方式，試驗(yàn)流程見(jiàn)圖2。圖2水生植物復(fù)合生物膜法凈化試驗(yàn)流程圖試驗(yàn)材料選用：（1）生物接觸氧化填料采用彈性填料，4×10個(gè)1.2m長(zhǎng)的立體彈性填料；（2）植物浮床植物選擇美人蕉等，1.2m×2m木制浮床架，使用定植籃固定、石棉包裹植物根部；（3）生物濾池填料采用袋裝陶粒，厚度0.6m。水樣取自鎮(zhèn)江北部濱水區(qū)溢流口的溢流污水。試驗(yàn)研究了由植物浮床、彈性填料生物膜和曝氣生物濾池構(gòu)成的水生植物復(fù)合生物膜法凈化系統(tǒng)的凈化溢流污染的能力。3結(jié)果與討論水生植物復(fù)合生物膜法凈化系統(tǒng)對(duì)COD的去除變化如圖3所示，具有沉降性的有機(jī)物通過(guò)沉積和過(guò)濾被去除，

6、可溶性有機(jī)物主要通過(guò)微生物的降解而去除，HRT為4h時(shí)，COD的去除達(dá)到82.1%，隨停留時(shí)間增加COD去除效率增幅較緩慢。圖3系統(tǒng)進(jìn)出水COD濃度與去除率圖4系統(tǒng)進(jìn)出水NH3-N濃度與去除率關(guān)系水生植物復(fù)合生物膜法凈化系統(tǒng)中N的去除主要靠水生植物的吸收、生物脫氮以及氮的揮發(fā)。有機(jī)氮首先被截留或沉淀，然后在微生物的作用下轉(zhuǎn)為銨態(tài)氮，很容易被生物濾池的填料吸附，微生物也可以通過(guò)硝化作用將銨離子轉(zhuǎn)化為NO3--N，可以被植物根系吸收成為植物營(yíng)養(yǎng)成分或通過(guò)反硝化最終轉(zhuǎn)化成N2而揮發(fā)掉。試驗(yàn)用原水的TN和NH3-N平均濃度分別為16.74mg/L和12

7、.3mg/L，其中NH3-N為主要形態(tài)，占TN含量的70%左右。由圖4和5可以看出，凈化系統(tǒng)對(duì)TN和NH3-N的去除效果較好，HRT為4h時(shí)，去除率分別達(dá)到57%和56%。圖5系統(tǒng)進(jìn)出水TN濃度與去除率關(guān)系圖6系統(tǒng)進(jìn)出水TP濃度與去除率關(guān)系水生植物復(fù)合生物膜法凈化系統(tǒng)中P的去除主要靠水生植物的吸收、沉淀、微生物作用以及和其他有機(jī)物結(jié)合在一起被去除。凈化系統(tǒng)對(duì)TP的去除變化如圖6所示，去除率在5~22%之間，HRT為4h后，隨時(shí)間變化磷的去除效果降低，當(dāng)進(jìn)水中磷的濃度較低時(shí)，部分磷會(huì)重新釋放。4水生植物復(fù)合生物膜法降解動(dòng)力學(xué)以一級(jí)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)探討C

8、OD、NH3-N、TN和TP對(duì)水力停留時(shí)間的變化規(guī)律。一級(jí)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)模型見(jiàn)式（1）：（1）式中：C—進(jìn)水污染物濃度（mg/L）C0—進(jìn)水污染物濃度（m