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采用复合式序批生物过滤系统去除城市污水中的营养物
和多氯联苯
摘要
本文旨在评价一种新型的复合式序批生物过滤系统(SBS)在实际运行条件下去除污水处理厂原水中磷、氮和多氯联苯(PCBs)的效率。混合SBS由两个屏障组成，一个是地球化学(含石灰石、煤和锯末的过滤层)，另一个是生物屏障(带有甘油、阿科鲁斯、香蒲、芦苇的湿地)，并行工作。不同浓度的污水，其进水和流出量存在显著差异，总磷(TP)的去除率为16%（最大值93%），可溶性活性磷(Srp)的去除率是25%(最大值93%)，总氮(TN)的去除率是15%(最大值97%)，NO3-N 的去除率是17%(最大值98%)，等效PCB(PCB EQ)的去除率是21%。在多氯联苯EQ浓度为43%的情况下，使用大型植物床可获得最高的效率。SBS每年去除的主要负荷是TP(0.415 kg)、TN(3.136 kg)和PCB EQ(0.223 g)。采用低成本的混合SBSS作为污水处理的后处理步骤，是一种有效的生态水文生物技术，可用于减少点源污染和改善水质。
1.简介
营养负荷促进了水体富营养化和异常的浮游植物生长；也促进了有毒的蓝藻水华的发生，导致水质的退化，并威胁人类和动物的健康。PCBs又被归类为持久性有机污染物，且包含了一组有毒、持久和生物累积性质的物质。据美国环境保护署称，多氯联苯已被证实对人类和动物致癌，并且还影响免疫系统、内分泌、神经和生殖系统，给生物和生态系统带来严重的风险。因此，为了防止水体富营养化，保障人体健康，需要减少流入环境的营养素和PCB负荷。在欧盟 （城市废水处理指令91/271/EEC）中，关于城市污水处理厂外流的污染物含量的立法越来越严格。尽管已将多氯联苯列为优先危险物质，但内陆地表水标准不包含允许排放浓度。因此，在欧盟一级，这些化合物在内陆水和废水中都没有受到监测。波兰的情况也是这样，已经证实，波兰中部过去的一项研究监测的所有污水处理厂都无法在常规净化工艺期间内完全去除废水中的多氯联苯和其他有毒有机化合物。因此，在处理过的废水中和污水处理厂接收的内陆水中都检测到了PCBs，会对水生生物造成危害。
在编写本报告时，很少有(如果有的话)以前的研究讨论过在实际操作条件下使用基于地球化学和生物屏障的复合式序批生物过滤系统去除废水处理厂产生的原始城市废水中污染物的问题。因此，本研究为这一专题提供了创新的见解，从而提供了一套独特的研究结果，可作为其他废水生物过滤系统建设的指导方针。
图1.波兰中部一个小型污水处理厂废水处理复合式序批生物过滤系统(SBS)的设计。
这项研究的目的是评价一个七层系统实际去除废水中的磷、氮化合物和多氯联苯的效率，该系统可分为一个混合系统：一个地球化学屏障(三个含有矿物和有机物质的地层)和序批生物过滤系统中的煤和木屑和生物屏障(四层大型植物：甘草、菖蒲、香蒲、芦苇)，目的是去除总悬浮固体(TSS)。
2.结果与讨论
2.1污水的理化特性
在研究期间，污水处理厂废水的平均排放量为每天79.1立方米（最大146立方米，最小40立方米）。溶解氧浓度（DO）从W1（7.78thinsp;毫克thinsp;DMminus;3）到W8（2.50thinsp;毫克thinsp;DMminus;3）。进水的物理参数（W1），由于浓度的TSS（21.4thinsp;毫克thinsp;DMminus;3）和电导率（1018micro;的厘米minus;1），表明废水污染程度较高。悬浮物的沉降、沉积和过滤可以来解释矿物（10%）和有机（90%）形式的TSS的高去除值。
图2.波兰中部序批生物过滤系统(W2-W8)排污口污水(W1)和污水在特定区域流动后的物理化学特性。从8个监测站各抽取13个样本，分析样本总数=104个。方块包括标准误差，点代表中间值。
2.2减磷效果
生物过滤系统提供了一种环境，在这种环境中，磷在有机和无机化合物中以磷酸盐形式存在，所有形式的磷都可相互转化。磷的物理化学转化过程是随着废水的流动而发生的：吸附、解吸、沉淀、溶解、碎裂、浸出、矿化、沉淀和埋藏。其中，系统中的主要除磷工艺是吸附、沉淀、土壤增量。从废水中去除磷的主要物理化学机制是通过铁和铝固定在基质中，或让磷被吸附到湿地土壤和沉积物中。此外，微生物和植物吸收对磷的还原也有重要的生物转化作用。通常，微生物被广泛认为是推动生物过滤系统中废水处理进程的主力军，因为它们在好氧和厌氧条件下都能矿化有机物。植物是生物过滤系统不可缺少的组成部分：虽然植物对处理过程的影响因植被季节而异，但大多数研究表明，植物系统对有机物和营养物的去除效率高于不含植物的系统。我们目前的发现也证实了这一点。
图3.废水中TP(A)和SRP(B)的浓度，废水从污水处理厂(W1)流出，然后流入序贯生物过滤系统的碳化床(W2-W4)和大型植物床(W5-W8)，然后进行处理。
通过测定36份废水中TP和SRP的浓度，评价了杂化SBS对废水(W1)和流出废水的降磷效果。SBS本身包括三种过滤床，即石灰岩(W2)、煤(W3)和木屑(W4)，以及四种具有生物活性的大型植物种植床：一种是最大甘油床(W5)，一种是菖蒲床(W6)，一种是香蒲床(W7)和芦苇床(W8)(见图8)。
|
参数 |
位置 |
中值 |
平均浓度 [mg dmminus;3] |
N |
S.D. |
|
|
W1 |
5.42 |
5.13 |
36 |
1.93 |
||
|
W2 |
5.35 |
5.26 |
36 |
2.13 |
||
|
W3 |
5.29 |
5.11 |
36 |
1.82 |
||
|
TP, p = 0.000* |
W4 |
5.21 |
4.99 |
36 |
2.04 |
|
|
W5 |
4.91 |
4.71 |
36 |
1.91 |
||
|
W6 |
5.23 |
4.83 |
36 |
1.91 |
||
|
W7 |
4.85 |
4.73 |
36 |
2.12 |
||
|
W8 |
4.38 |
4.31 |
36 |
2.03 |
||
|
Mean |
16 |
|||||
|
W1-W8之间TP降低的% |
||||||
|
Max. |
93 |
|||||
|
Min. |
minus;17 |
|||||
|
W1 |
5.31 |
5.44 |
36 |
2.68 |
||
|
W2 |
4.89 |
5.20 剩余内容已隐藏，支付完成后下载完整资料 资料编号：[464671]，资料为PDF文档或Word文档，PDF文档可免费转换为Word |
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