人工濕地污水處理設備

人工濕地是指模擬天然濕地后形成的濕地系統，可以實(shí)現污水的有效凈化。凈化過(guò)程不僅涉及物理化學(xué)反應，而且與生物效應密不可分。它具有成本低、管理方便的特點(diǎn)，非常適合農村生活污水的綜合處理。在人工濕地系統中，填料是重要的組成部分之一。它不僅是人工濕地系統中的植物，也是微生物正常生長(cháng)發(fā)育的地方。它還具有凈化污水的功能?？梢钥闯?，選擇合適的填料是確保人工濕地發(fā)揮應有效果的關(guān)鍵。目前，礫石填料最常用，但其污染物去除效果不能滿(mǎn)足要求，需要更新和改進(jìn)填料的類(lèi)型。因此，新的模塊化填料，有必要通過(guò)實(shí)驗和分析來(lái)驗證模塊化填料對污水的處理效果。

一、實(shí)驗材料及方法。

1.1材料及試劑。

實(shí)驗植物采用美人蕉，大小相同，高度在56~65cm范圍內，重量約40g，根系體積相同，是健康無(wú)病蟲(chóng)害侵襲的幼苗?；◢弾r作為主要粗骨料，粉煤灰和水泥作為膠結材料。最佳配合比下的骨料級配為10~16mm。由上述原料制成的試件規格為10cm、10cm和2cm。實(shí)驗污水氨氮實(shí)際濃度在11~47mgL-1范圍內，TP實(shí)際濃度在1.4~4.7mgL-1范圍內，COD實(shí)際濃度在270~360mgL-1范圍內。

1.2裝置。

實(shí)驗裝置主要是小型反應器。所有反應器中放置6個(gè)模塊化填料，分為兩層。模塊化填料的質(zhì)量與礫石填料完全相同。為了比較實(shí)驗植物對系統的影響，建立了兩個(gè)系統，一個(gè)有實(shí)驗植物，另一個(gè)沒(méi)有。為了比較污水總量對實(shí)驗植物系統實(shí)際處理效果的影響，還建立了45L和65L污水總量的兩個(gè)系統。其中，污水總量45L為模塊化填料-實(shí)驗植物-45L，污水總量60L為模塊化填料-實(shí)驗植物-60L為實(shí)驗植物，但碎石系統為碎石填料-實(shí)驗植物-45L。

容器體積可達100L左右。如果使用模塊化填料，應在反應器中放置三層模塊化填料。第一層和第二層的貫通孔應向上，第三層的貫通孔應朝向兩側。不同層次的模塊化填料應按21cm排列，每個(gè)系統中的實(shí)驗植物為6株。成型后的實(shí)驗裝置如圖1所示。

圖1中，MS-C-S表示模塊化填料-實(shí)驗植物-45L系統，MS-U-S表示模塊化填料-無(wú)實(shí)驗植物-45L系統，GS-C-S表示碎石填料-實(shí)驗植物-45L系統。

二、實(shí)驗結果及分析。

在6d的時(shí)間范圍內，污水處理效果與填料的關(guān)系是：當填料為模塊化填料時(shí)，氨氮進(jìn)出水濃度分別為40.18±10.04mgL-1和17.05±1.90mgL-1，去除率為55.30%±6.12%。當填料為礫石填料時(shí)，氨氮進(jìn)出水濃度分別為40.18±10.04mgL-1和23.19±4.26mgL-1，去除率為41.52%±5.21%。當填料為模塊化填料時(shí)，總磷進(jìn)出水濃度分別為5.23±1.39mgL-1和0.86±0.29mgL-1，去除率為83.47%±5.53%；當填料為礫石填料時(shí)，總磷進(jìn)出水濃度分別為5.23±1.39mgL-1和3.25±0.61mgL-1，去除率為28.98%±21.21.32當填料為模塊化填料時(shí)，COD進(jìn)出水濃度分別為326.57±41.36mgL-1和76.13±9.94mgL-1，當填料為碎石填料時(shí)，COD進(jìn)出水濃度分別為326.57±41.36mgL-1和70.45±5.274mgL-1。

從上述結果可以看出，模塊化填料比碎石填料更能去除污水中的氨氮。原因是模塊化填料的孔隙率相對較高，可以為硝化和反硝化細菌創(chuàng )造良好的條件。同時(shí)，模塊化填料相對松散，便于系統中和氣體相互傳遞，顯著(zhù)增加溶解氧濃度，增強微生物活性。對于硝化細菌，最佳pH為8.0~8.5。通過(guò)實(shí)驗，模塊化填料pH為8.3，碎石填料為7.9?？梢钥闯?，模塊化填料可以為細菌創(chuàng )造良好的反應條件。

模塊化填料比碎石填料對污水中總磷的去除效果要好得多，不僅去除效果穩定，而且出水濃度也能達到一級標準。由于總磷溶度從第四天開(kāi)始上升，所以最后產(chǎn)生了解吸。因此，填料本身對總磷的吸附是去除污水中總磷的基本機制。相關(guān)研究表明，在微堿性環(huán)境下，判斷總磷去除能力最常用的指標是鈣含量。在本研究中，填料的環(huán)境為微堿性，模塊化填料的pH大于碎石填料。此外，無(wú)論是粉煤灰和水泥作為粘合劑，還是粉煤灰磚，都有利于填料本身對總磷的吸附。

兩種填料都能有效去除污水中的COD，整個(gè)降解過(guò)程先快后慢。原因是系統中有許多不同的微生物，數量多，營(yíng)養豐富。微生物在早期活性最強。隨著(zhù)營(yíng)養消耗和溶解氧的逐漸減少，COD去除率下降，直到趨于平衡。但模塊化填料的實(shí)際去除率相對較高，因為該填料設置了貫穿孔，可以為微生物的正常生長(cháng)創(chuàng )造更多的空間。

實(shí)驗植物會(huì )在一定程度上影響污染物的去除，特別是在早期階段，可以有效地去除有機物和含氮化合物。原因是早期的實(shí)驗植物正在生長(cháng)發(fā)育，可以去除大量的污染物。然而，隨著(zhù)植物的不斷成熟，污染物的實(shí)際去除效果逐漸減慢，甚至在后期也有明顯的對比。含氮化合物的實(shí)際去除效果主要與微生物和填料有關(guān)，總磷的去除機制是填料吸附。

使用模塊化填料時(shí)，總磷去除效果非常明顯，但在處理過(guò)程中會(huì )發(fā)生解吸。在運行過(guò)程中，模塊化填料和礫石填料的COD和氨氮的實(shí)際去除效果沒(méi)有明顯差異，這表明這兩種污染物的實(shí)際去除效果可以保持在相對穩定的狀態(tài)。

由于實(shí)際水體中的污水總量不同，在實(shí)驗中添加不同數量的污水，以確認系統去除COD、氨氮和TP的實(shí)際效果。當污水總量為45L時(shí)，填料高度低于污水表面，當污水總量為60L時(shí)，填料完全被污水淹沒(méi)。根據實(shí)驗結果，增加污水總量后，系統污水處理效果不明顯，兩個(gè)系統的實(shí)際去除效果基本相同。