污水處理人工濕地技術(shù)

　　近年來(lái)，隨著經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，國(guó)內(nèi)企業(yè)對(duì)化工產(chǎn)品的需求越來(lái)越大。石化倉(cāng)儲(chǔ)企業(yè)主要為客戶(hù)提供液體化學(xué)品的倉(cāng)儲(chǔ)綜合服務(wù)，庫(kù)區(qū)的污水來(lái)源主要是工業(yè)廢水(如儲(chǔ)罐清洗廢水、罐區(qū)地面沖洗廢水、卸船洗船艙水、吹掃管線(xiàn)水等)、生活污水及初期雨水。如何控制和治理化工廢水，也是石化企業(yè)面臨的重要課題。傳統(tǒng)的污水處理工藝是在污水站中進(jìn)行物理沉降及生化氧化處理后達(dá)標(biāo)排放。但受技術(shù)限制，原廢水經(jīng)處理后，水體中仍含有一定濃度的有機(jī)污染物，隨著政府環(huán)保監(jiān)管部門(mén)排放標(biāo)準(zhǔn)的提高，企業(yè)也亟需對(duì)廠(chǎng)區(qū)內(nèi)污水排放進(jìn)行提標(biāo)改造，進(jìn)一步提高排放標(biāo)準(zhǔn)。人工濕地技術(shù)是近年發(fā)展比較迅猛的污水處理熱點(diǎn)技術(shù)，國(guó)內(nèi)已有許多研究，但大部分都集中在河道整治、城鎮(zhèn)生活污水、農(nóng)業(yè)面源污染、畜禽養(yǎng)殖廢水、普通工業(yè)廢水等方面，缺少對(duì)石油化工廢水的應(yīng)用研究。本文“東莞三江”為試驗(yàn)范點(diǎn)，本著精益求精的研究精神，對(duì)庫(kù)區(qū)內(nèi)排放的污水提標(biāo)改造，將處理后的排放出水提標(biāo)至地表水Ⅳ類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)，為人工濕地技術(shù)在石化倉(cāng)儲(chǔ)行業(yè)應(yīng)用提供借鑒及示范作用。

　　1、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

　　1.1 人工濕地技術(shù)原理

　　人工濕地法處理污水是一種經(jīng)濟(jì)型、節(jié)能型、模擬和強(qiáng)化自然濕地功能的污水處理技術(shù)。它由水生植物-微生物-基質(zhì)三大核心部分組成，其凈化機(jī)理獨(dú)特且復(fù)雜，通過(guò)將污水有控制地投配到基質(zhì)-植物系統(tǒng)中，充分接觸，經(jīng)過(guò)一定的流動(dòng)方式，不溶性有機(jī)物經(jīng)過(guò)沉淀、過(guò)濾等物理性截留沉淀作用后，與可溶性有機(jī)物一起被生物膜吸附、吸收及生物代謝從而實(shí)現(xiàn)降解去除。污水中的氮是植物和微生物代謝所需營(yíng)養(yǎng)成分，可被直接吸收，此外氮還在微生物的氨化、硝化、反硝化以及厭氧氨氧化作用中轉(zhuǎn)化成NOx、N2，從系統(tǒng)中逸出;污水中的磷可以被植物和微生物代謝利用，也可以通過(guò)基質(zhì)的吸附共沉淀作用從而脫離污水。

　　1.2 人工濕地的選型

　　通常人工濕地生態(tài)按水流方式可分為表面流人工濕地、水平潛流人工濕地和垂直潛流人工濕地。表面流人工濕地是指污水在基質(zhì)層表面以上，從池體進(jìn)水端水平流向出水端的人工濕地。該方式是污水水流經(jīng)由濕地表面流經(jīng)植物，并從地表出流，水位較淺，污水中的污染物主要通過(guò)植物根系的攔截、吸收、吸附及分解作用以?xún)艋w，整個(gè)系統(tǒng)雖然操作簡(jiǎn)單、運(yùn)行費(fèi)用低，但對(duì)水體中的污染物處理效率低。

　　水平潛流人工濕地是指污水在基質(zhì)層表面以下，從濕地一端進(jìn)入，沿水平方向在基質(zhì)及根系間隙緩慢流動(dòng)并由濕地另一端流出。此方式是通過(guò)在填料床上方栽種根系發(fā)達(dá)的濕生型植物，污水以水平潛流方式經(jīng)格柵池、預(yù)處理后進(jìn)入濕地床，在基質(zhì)、植物及表層土的共同作用下，提高對(duì)污染物的去除率(特別是對(duì)COD、BOD的去除效果)，處理效率較高。垂直潛流人工濕地是污水垂直通過(guò)池體中基質(zhì)層的人工濕地，最終出水經(jīng)由底部的集水管收集而排出。該系統(tǒng)能產(chǎn)生較好的硝化作用，但對(duì)處理污水中有機(jī)物的能力不足，同時(shí)存在著系統(tǒng)控制相對(duì)復(fù)雜等問(wèn)題。

　　由于東莞三江儲(chǔ)存的液體化學(xué)品含有機(jī)元素較多，且工業(yè)廢水占比大(約75%)，根據(jù)廢水特點(diǎn)及不同人工濕地的類(lèi)型，本實(shí)驗(yàn)選取水平潛流人工濕地系統(tǒng)，并劃分為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三段不同的濕地處理系統(tǒng)，提高對(duì)污水中污染物的去除效果，讓水質(zhì)得到凈化。

　　1.3 人工濕地的基質(zhì)材料

　　基質(zhì)是人工濕地的重要組成部分，是形成濕地床體的主要元素，基質(zhì)不僅能夠通過(guò)過(guò)濾和吸附作用直接去除水中的污染物，還能為植物和微生物的生長(zhǎng)提供必須的介質(zhì)，促進(jìn)對(duì)污染物的吸收降解，基質(zhì)材料間的孔隙為植物提供充足的氧量，避免植物在水環(huán)境中爛根，間接提高人工濕地的處理效果。礫石、沸石、火山巖等多種物質(zhì)均被用作濕地填料來(lái)強(qiáng)化濕地的除污效果。

　　為了在改善水質(zhì)上取得最好效果，考慮到材質(zhì)來(lái)源和盡量不引入新的消耗，根據(jù)Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三段不同的濕地處理系統(tǒng)，Ⅰ和Ⅱ濕地系統(tǒng)將采用覆土土壤層、礫石層等基質(zhì)層，其粒徑大、水力條件好、吸附能力較強(qiáng)的特點(diǎn)，可增大系統(tǒng)的抗負(fù)荷能力，同時(shí)增大填料的比表面積，提高對(duì)污染物的去除率;Ⅲ濕地系統(tǒng)從上至下分別選用了泥土、改性蛭石、火山巖填充材料，選用的粒徑范圍在8~16mm之間，并分別按厚度為0.3m、0.3m、0.4m平整分布，材質(zhì)的粒徑小，減慢水流速度，提高出水水質(zhì)效果和穩(wěn)定性。

　　1.4 人工濕地的植物

　　濕地植物是種植在人工濕地中，具有一定的耐污能力和污染物去除功能，同時(shí)具有一定景觀(guān)效果的植物，其主要作用是吸附/吸收富集污染物、輸送氧氣給好氧微生物、加強(qiáng)和維持水力傳輸。主要有挺水植物、浮葉植物、沉水植物和浮游植物四大類(lèi)。

　　本實(shí)驗(yàn)選用了多種挺水植物和浮水植物，增加系統(tǒng)濕地植物的多樣性并具有景觀(guān)效果，包括水浮蓮、梭魚(yú)草、千屈菜、風(fēng)車(chē)草、菖蒲、再力花等植物。水平潛流人工濕地系統(tǒng)將植物種植在土壤上，種植密度根據(jù)實(shí)際情況調(diào)整(挺水植物的種植密度宜為9~25株/m2)。

　　1.5 同步高級(jí)氧化生化技術(shù)

　　同步高級(jí)氧化生化技術(shù)帶有生物反應(yīng)塔和溶氣泵，利用集高級(jí)氧化、超聲分解和微生物分解于一體的技術(shù)，使難以生化分解的大分子污染物轉(zhuǎn)化為小分子物質(zhì)，從而被填料上的微生物及漂浮植物吸收分解。本實(shí)驗(yàn)分別在Ⅰ和Ⅱ濕地系統(tǒng)中各放置一臺(tái)同步高級(jí)氧化生化設(shè)備，通過(guò)向水中充氧(溶解氧量為2mg/L)，使污水與填料充分接觸，在設(shè)備的作用下使部分污水瞬間蒸發(fā)形成小氣泡后又瞬間破滅產(chǎn)生的局部高溫使難分解污染物迅速分解，進(jìn)而達(dá)到消除部分CODCr和分解大分子有機(jī)物為小分子有機(jī)物的作用；同時(shí)利于微生物繁殖與降解作用，提高對(duì)水中污染物的去除率。

　　1.6 工藝流程圖

　　根據(jù)上文所述，本實(shí)驗(yàn)方案的處理工藝流程示意圖如圖1所示，即原廢水經(jīng)由配水裝置保證均勻布水，使污水水平分別流經(jīng)Ⅰ段、Ⅱ段和Ⅲ段濕地床，Ⅰ和Ⅱ段進(jìn)口處各放置一部水力空化曝氣裝置，通過(guò)向水中充氧，使污水與填料充分接觸；Ⅰ段、Ⅱ段和Ⅲ段分別種以水浮蓮、梭魚(yú)草、千屈菜、風(fēng)車(chē)草、菖蒲、再力花等植物，分段配以基質(zhì)材料，經(jīng)人工濕地系統(tǒng)處理后，對(duì)達(dá)到《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》Ⅳ類(lèi)的出水水體可進(jìn)行排放或用于綠化灌溉等用途。

　　2、實(shí)驗(yàn)分析

　　由于污水量的接觸時(shí)間與處理效果息息相關(guān)，本實(shí)驗(yàn)采用污水處理量逐漸遞增方式，水處理量由0.5m3/h逐漸增加至0.6m3/h、0.7m3/h和0.8m3/h，連續(xù)測(cè)量一個(gè)月的進(jìn)水及出水的各項(xiàng)指標(biāo)，研究分析處理系統(tǒng)在不同處理量時(shí)對(duì)污染物的去除效果，分別作圖如圖2到5。

　　由圖2到5可見(jiàn)，水處理量由0.5m3/h逐漸提升至0.8m3/h時(shí)，系統(tǒng)CODCr進(jìn)水濃度在41.4~345.6mg/L范圍，平均進(jìn)水濃度160.9mg/L。污水經(jīng)工藝處理后，CODCr出水濃度在27.1~120.1mg/L范圍，平均出水濃度51.7mg/L。企業(yè)二級(jí)處理出水經(jīng)本項(xiàng)目工藝處理后，CODCr平均出水濃度可達(dá)到廣東省地方標(biāo)準(zhǔn)《水污染物排放限值》(DB4426-2001)一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)第二時(shí)段要求，整體的平均去除率可達(dá)63.4%。

　　圖2到5的平均去除率分別為64.1%、69.5%、61.7%、58.3%，由此可見(jiàn)，當(dāng)水處理量為0.6m3/h時(shí)，系統(tǒng)對(duì)CODCr的去除效果最佳，系統(tǒng)CODCr平均進(jìn)水和出水濃度分別為189.5mg/L和57.6mg/L，平均去除率為69.5%。當(dāng)水處理量較低或者較高時(shí)，系統(tǒng)對(duì)CODCr的去除效果逐漸降低。由圖5所示，當(dāng)進(jìn)水CODCr濃度在100mg/L附近(或低于100mg/L)時(shí)，處理出水均達(dá)到《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB3838-2002)之Ⅳ類(lèi)指標(biāo)要求，可循環(huán)利用。

　　3、結(jié)論

　　本文采用人工濕地技術(shù)進(jìn)一步治理石化庫(kù)區(qū)原污水，研究了人工濕地技術(shù)的凈化原理，并通過(guò)人工濕地的選型、基質(zhì)材料、濕地植物搭配以及同步高級(jí)氧化生化的組合技術(shù)，設(shè)計(jì)出符合石化倉(cāng)儲(chǔ)庫(kù)區(qū)內(nèi)的污水再凈化工藝流程;重點(diǎn)研究了生產(chǎn)環(huán)境下，不同處理量時(shí)對(duì)污染物的去除效果。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：人工濕地污水處理系統(tǒng)可有效去除和降解化工污水中的有機(jī)物，當(dāng)100mg/L<進(jìn)水CODCr濃度<350mg/L時(shí)，CODCr平均出水濃度可達(dá)到廣東省地方標(biāo)準(zhǔn)《水污染物排放限值》(DB4426-2001)一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)第二時(shí)段要求，整體的平均去除率可達(dá)63.4%;當(dāng)進(jìn)水CODCr約100mg/L時(shí)，廢水排放可達(dá)到《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB3838-2002)之Ⅳ類(lèi)指標(biāo)要求，即CODCr30mg/L、氨氮1.5mg/L、BOD6mg/L、TP0.3mg/L。人工濕地技術(shù)處理污水在化工倉(cāng)儲(chǔ)行業(yè)還是首次運(yùn)用，技術(shù)效果達(dá)到行業(yè)內(nèi)領(lǐng)先水平。(來(lái)源：東莞三江港口儲(chǔ)罐有限公司)