滇池人工湿地系统进水前处理的研究

　人工湿地作为主要废水生态修复技术,由于具有生态性、环境友好性等优点而被广泛用来处理多种形式的废水,在滇池的生境重建中亦发挥了重要的作用。然而,湿地堵塞成为制约其效率的重要原因。建于滇池入河口的大清河口人工湿地同样存在堵塞问题,导致污水净化效率降低。国内对于人工湿地堵塞的现象有一些报道[1] 。詹得昊等对湿地水力特征开展过相关研究[2] ,但未见到针对工程应用中湿地堵塞的具体研究。硅藻壳体具有大量的、有序排列的微孔,具有很大的比表面积。硅藻土有很强的吸附力、很大的吸附容量,其表面及孔内表面分布有大量的硅羟基。这些硅羟基在水溶液中离解出H+ ,从而使其表面显负电性。通过电中和效应,使得带正电荷的胶体污染物脱稳。硅藻土由于表面积很大、吸附性强、表面显电性,在去除颗粒态和胶体态污染物质的同时,还可以有效去除溶解态存在的磷。经生产提纯改性后的硅藻土,表面均匀干净,颗粒大小相同,理化性质一
致,比表面积得到最大程度的扩展。由于硅藻土表面带有负电荷,对于带正电荷的胶体污染物而言,可通过中和脱稳。但由于进水中,特别是城市生活污水中,有相当多的带有负电荷的污染物,所以可加入一定量助凝剂。硅藻土复配絮凝,可改善矾花松散、不易下沉的状态,快速形成粒度和密度较大的絮体,絮体稳定性好[3 - 4] 。总之,改性硅藻土处理污水的作用机理非常复杂。脱稳絮凝、物理吸附、沉淀反应等多个过程同步进行。污水净化过程实际上就是这些过程协同作用的结果。
　　笔者从来源出发,增加入河口污水的絮凝前处理工序,减少进水中难降解SS ,减轻后续湿地堵塞压力,研究改性硅藻土絮凝剂的投加量对处理效果的影响。
1 　材料与方法
1. 1 　改性硅藻土进水前处理工艺　在污水进水时采用改性硅藻土污水前处理工艺(图1) 。投药前增加曝气处理,一方面可通过气流运动起到类似机械搅拌的作用,为絮凝反应提供必要水动力条件,另一方面可通过提高水体溶解氧,增加水体中好氧微生物量,消除部分有机物,减弱黑臭现象。曝气也可大大减少改性硅藻土用药量,发挥药剂最大潜能,提高系统缓冲能力,改善出水稳定性。

1. 2 　原水水样及絮凝剂　入河口主要污水来自滇池边福保村文化城的生活污水以及海河水。试验期间进水水质见表1。

　改性硅藻土取自昆明中友公司(DWP - 158/ GF008) ,絮凝剂选用聚丙烯酰胺(PAM,分析纯) 。
1. 3 　设备和仪器　HGL - 1 型六联搅拌器,HACH 实验室水质分析测试仪。
1. 4 　测试指标和方法　COD 采用HACH 水质分析仪测定;TP、SS 依据国家废水检测标准法测定。
1. 5 　混凝试验参数　该研究采用的混凝试验物理参数见表2。考虑到研究对象为人工湿地入水,故不对水样pH 值和温度做任何调整。

1. 6 　最佳投药量的确定　取6 种不同剂量的硅藻类土量,分别为40、80、120、160、240、320 mg/ L ,加入0. 3 mg/ L 助凝剂PAM阴离子,对入河口水样进行絮凝试验。考虑到该研究目的是去除SS ,当出水SS 达到一级B 标准(1 mg/ L) 时,对应的最小投加量即为最佳投药量。
2 　结果与分析
2. 1 　对COD 的去除效果　从表3 可以看出,2 类污水有机物含量较高。这主要是由生活污水以及工业废水造成的。增加改性硅藻土投加量,可提高COD 去除率。当小剂量投加改性硅藻土时,福保村生活污水COD 去除效率稍低于海河污水。COD 的整体平均去除率并不高,主要原因是污水中COD 主要以可溶态存在,而该工艺通过含有机物成分颗粒与改性硅藻土形成絮体的方法去除,故COD 去除率不高[5] 。

2. 2 　对SS 的去除效果　该试验最重要的指标为SS 去除率。降低SS 主要是为了保证后续高负荷湿地设备不堵塞,稳定运行。从表4 可以看出,当硅藻土投加量为40 mg/ L 时,海河处理出水SS 去除率约为80 %,此时海河处理出水SS 为15. 25mg/ L ,而福保村生活污水处理后出水SS 为10. 5 mg/ L ,即可满足《污水综合排放标准》一级B(标准值为20 mg/ L) 的要求。
2. 3 　对TP 的去除效果　从图2 可以看出,改性硅藻土对于TP 的去除效果比较明显。当硅藻土投加量达到0. 12 g 时,即浓度为120 mg/ L 时,海河水样出水TP 平均浓度约1. 075mg/L ,而福保村生活污水处理后出水TP 仅为0. 335 mg/ L ,达到国家一级B 类标准(1 mg/ L) ,此时的TP 去除率已达75 %～83 %。研究还表明,TP 的去除率与投药量呈正相关,选择海河a 样做趋势线,得到相关系数为0. 946 1。
2. 4 　经济可行性　研究表明,采用改性硅藻土前处理效果明显。研究改性硅藻土前处理技术的经济可行性需要从药品本身价格、处理时投药量以及后续污泥处理费用考虑。药剂费用按照市场价格。考虑到改性硅藻土产生的污泥较铁盐、铝盐污泥的脱水性能好,硅藻土污泥的回收应用广泛,所以计算中忽略处理污泥的费用[6] 。根据不同的投加量,计算药剂费用。为了使得出水SS 达到一级B 类标准,处理每吨废水所需药剂费用为11. 68 万。


3 　结论
改性硅藻土前处理技术可利用较少的投资和运行费用达到减轻后续湿地堵塞压力的目的,且处理中所得污泥可回收利用,毒性远低于铁盐铝盐所产生的化学污泥,是符合我国国情的前处理技术。该试验中,当使用硅藻土为混凝剂、PAM为助凝剂时,在投加量120 mg/ L 左右时,海河水样出水TP 平均浓度约为1. 075 mg/ L ,而福保村生活污水处理后出水TP 为0. 335 mg/ L ,达到一级B(标准值为1 mg/ L) 的要求,此时TP 去除率达到75 %。对于另一个重要指标SS ,硅藻上投加量为40 mg/ L 时,海河处理出水SS 为7. 5 mg/ L ,而福保村生活污水处理后出水SS 为10. 5 mg/ L ,满足出水一级B(标准值为20 mg/ L) 的要求,此时去除率达到78 %。在该剂量条件下,海河出水TP 为2. 305 mg/ L ,福保村生活污水出水TP 为0. 995 mg/ L。因而,考虑到该试验为入水预处理,主要目的是去除悬浮物质以防止后续步骤中设备堵塞,再加上经济因素,硅藻土用量确定为40 mg/ L 较为合理。
参考文献
[1 ] 朱彤,许振成,胡康萍,等. 人工湿地污水处理系统应用研究[J ]. 环境学研究,1991 ,4(5) :17 - 22.
[2] 詹德昊,吴振斌,张晟,等. 堵塞对复合垂直流湿地水力特征的影响[J ]. 中国给水排水,2003 ,2(19) :1 - 4.
[3] 孙从军,王敏,程曦. 硅藻土混凝剂在污染河水处理中的应用研究[J ].上海环境科学,2003 ,4(22) :275 - 278.
[4] 杨宇翔,张亚匡,吴介达,等. 硅藻土脱色机理及其在印染废水中应用的研究[J ]. 工业水处理,1999 ,19 (1) :15 - 17.
[5] 郑水林,王庆中. 改性硅藻精土在污水处理中的应用[J ]. 非金属矿,2000 ,23(4) :36 - 37.
[6] 蒋小红,曹达文,周恭明. 改型硅藻土处理城市污水技术的可行性研究[J ]. 上海环境科学,2003 ,12(22) :983 - 987.
基金项目　国家高科技研究发展计划(863 计划) (2005AA601000411) 。
作者简介　谌伟(1982 - ) ,男,浙江杭州人,硕士研究生,研究方向:水污
染治理、清洁能源。