曝气-生态浮床治理氮磷污水净化效果研究

2023-07-29施澄骅

水利科技与经济 2023年7期

褚奇,徐婷,李隆,施澄骅

(常州市城市防洪工程管理处,江苏常州 213000)

0 引言

随着我国城市建设步伐的不断加快,城市污染也日益加重。其中,城市河流污染十分严重,部分城市河道存在富营养化,氮、磷超标,导致出现一系列生态系统紊乱的问题。

为此,许多专家学者针对河道水质净化开展了相关研究。吴卿等［1］为探究太阳能曝气及反硝化细菌颗粒强化组合生态浮床的去除效果,通过设置5组实验装置,测试不同实验条件对COD的去除作用,结果表明反硝化细菌可缩短氮素转化过程,并提升其转化率。王璐等［2］为解决江沟黑臭问题,采用生态复合技术进行河道治理,通过进行连续10个月的研究得出测试结果,并对不同方法作出评价。王乐阳等［3］基于高活性菌藻填料特性,将其与生态浮床结合,对河道水生植物进行净化,并建立良好的空间体系,结果表明该方法效果较佳。练继建等［4］将生物膜法、曝气富氧法等方法相结合,开发出全新的生物膜用于净化水质,结果表明该生物膜可提高水体透明度,减少水体黑臭现象,为河道治理提供科学依据。曾冠军等［5］为研究曝气-生态浮床装置对水体富营化的效果,将生态浮床和该装置进行对比,结果表明曝气-生态浮床装置对去除水体氮磷效果尚佳,是处理水体富营养化的实用方法。

本文以江苏省常州市西市河、锁桥河的河道污染情况为研究背景,通过设置曝气-电解强化生态浮床和生态浮床装置,分析水中氮﹑磷营养盐净化情况,并对不同装置作用机理进行对比分析,为实际工况提供参考。

1 工程概况

本研究以江苏省常州市西市河、锁桥河河道为研究背景,河道全长1 990m。其中,西市河全长1 270m,河面最宽和最窄相差8m,最宽处15.5m;锁桥河全长720m,河面最窄与最宽相差6.5m,最窄处与西市河相同。两条河道水深3.5m左右,底部淤泥层接近1m,由于河道周围生活区较多,导致河面漂浮有水藻、垃圾等。河道污染目前主要分为内源污染和外源污染,其中内源污染主要是由于点源排放沉积、降雨驱动、河道内生物沉积、大气沉降等因素造成;外源污染主要是由于周边生活污水直接排放、岸边垃圾随意堆放、雨污管网管道等因素造成。

2020年以来,对西市河、锁桥河的水质进行检测发现,河道水质环境较差,且河道内总氮、总磷、透明度等指标明显偏离正常水平,属于有机污染十分严重的水质。

2 材料与方法

针对西市河、锁桥河河道污染现状,设置试验装置2组,分别为曝气-电解强化生态浮床和生态浮床装置,分析水中氮﹑磷营养盐净化情况。见图1。

图1 装置示意图

由图1可知,试验装置主体结构由透明亚克力板制成,长、宽、高分别为0.5、0.4、0.5m,可有效容纳0.3m的水量。装置上方有一个植物袋,其用1 000g被盐酸浸泡2h的生物质炭填充,浮床内植物为黄莒蒲;植物袋下方为阳极(镁铝合金棒)和阴极(石墨棒),阴阳两极材料使用前经过盐酸活化15 min,然后放于清水中,使阴阳两极酸碱度为中性,再利用直流稳压电源通电(电压0～60V;电流0～2A)。另外,曝气-电解强化生态浮床试验装置有曝气头可连续进行曝气。

对比分析曝气-电解强化生态浮床试验装置和生态浮床试验装置中水环境、浮床植物情况以及微生物群落的变化,并验证曝气-电解强化生态浮床试验装置的脱氮除磷能力。该装置可以正常模拟河道的净化过程,污染水通过蠕动泵至试验装置内部,污染水在装置内部停留20d,然后在另一端溢出。

3 结果与讨论

3.1 曝气-电解强化生态浮床消除氮元素情况分析

图2 编号1指标浓度变化与时间关系曲线

由图2可知,生态浮床装置内的污染水NH3-N含量随着时间的变化,并无太大改变,其指标一直稳定在7～9mg/L之间。而曝气-电解强化生态浮床装置内污染水NH3-N含量在前8d内,无明显下降趋势;在8～12d时,污染水内NH3-N含量急剧下降;在12～14d有较轻的波动,但整体趋于稳定。

曝气-电解的联合作用有利于水体中NH3-N的去除,主要是因为曝气和电解的联合作用可以有效强化态浮床对NH3-N的去除,并且曝气可增加污染水中溶解氧的含量,使水内出现大量好氧菌,提升浮床净化能力。

图3 编号2指标浓度变化与时间关系曲线

图4 编号3指标浓度变化与时间关系曲线

污水中TN的具体情况见图5。

图5 编号4指标浓度变化与时间关系曲线

由图5可知,生态浮床装置内的污染水TN含量随着时间的变化而产生较大波动,其波动范围在8～11mg/L之间。而曝气-电解强化生态浮床装置内污染水TN含量则小于生态浮床装置内的污染水TN含量,其变化趋势为1～10d时,在7～9mg/L范围内波动;10～12d时,曝气-电解强化生态浮床装置内污染水TN含量开始下降,之后在7～8mg/L范围内波动。