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内电解人工湿地强化脱氮机制-一体化污水处理工艺流程
浏览: 发布日期:2018-02-02

  我国大部分城镇污水经二级处理后, 直接排入受纳水体.尾水排放量大、污染物含量高, 易加剧受纳水体富营养化.污水厂尾水作为重要的点源污染, 将尾水进行深度处理, 进一步提高污水处理厂出水水质, 是我国污水处理的重要发展趋势.北京市(DB 11890-2012)、天津市(DB 12599-2015)已先后出台了更为严格的污水厂污染物排放标准.

  人工湿地作为一种环境友好型水处理技术, 具有污染物去除效果好、运行和维护简单、成本低廉、抗冲击负荷强、环境效益好等优点.将人工湿地作为污水厂尾水深度处理工艺, 可以进一步削减尾水中的碳氮磷等污染物, 减小对受纳水体的不利影响.然而, 污水经污水厂生化处理单元处理后, 尾水中残留的有机碳源以腐殖酸、富里酸、氨基酸及表面活性剂等为主, 这些有机物多含有芳环, 可生化性差(B/C值约为0.2~0.35), 难以被微生物降解利用.而尾水中TN含量高, 是一种特殊的低碳氮比的污水(BOD5/TN约为1), 且NO3--N是尾水中氮素的主要成分, 占TN比例可达80%以上.人工湿地处理尾水时, 尾水可利用碳源不足严重影响脱氮效率, 尤其是冬季低温脱氮效率十分不理想, 影响了人工湿地的进一步推广应用.

  铁炭内电解是一种高效物理化学水处理技术, 广泛用于印染、化工等难降解废水的处理, 可有效改善废水可生化性、提高污染物去除效率.但铁炭内电解通常单独作为一个处理单元, 鲜有与生物处理相结合, 特别是与人工湿地相结合进行尾水处理的研究.因此, 本文将铁炭内电解与人工湿地技术进行有机结合, 将铁炭填料掺杂于湿地基质中, 构建新型内电解人工湿地, 考察冬季低水温条件下(3~12℃)内电解湿地的脱氮效能, 并通过测定基质微生物活性、反硝化强度, 结合湿地微生物群落结构分析, 揭示内电解人工湿地的强化脱氮机制.

  1 材料与方法 1.1 试验装置

  试验共构建了3组呈圆柱体的下向垂直流人工湿地装置, 分别为无植物湿地、普通湿地、内电解湿地.装置材料采用有机玻璃, 圆柱体尺寸为Φ×H=20 cm×65 cm.装置底部设有高5 cm的集水区, 并设置穿孔有机玻璃板进行集水.采用遮光布包裹装置四周, 以模拟人工湿地真实的避光状态.人工湿地装置如图 1所示.人工湿地以粗砂和砾石作为主要基质, 湿地植物选用芦苇, 湿地构建初期孔隙率为35%, 人工湿地构造如表 1所示.装置运行时, 尾水由蠕动泵分别打入3组湿地上部, 底部出水, 通过流量计控制出水, 设计水力停留时间为2 d.

内电解人工湿地强化脱氮机制-一体化污水处理工艺流程

内电解人工湿地强化脱氮机制-一体化污水处理工艺流程

  1.2 进水水质

  试验前采集污水厂尾水进行实测, 以明确尾水污染物组成及特征, 采用腐殖酸钠、海藻酸钠、牛血清白蛋白等作为尾水中的碳源, 以硝酸钠作为主要氮源, 在实验室进行污水厂尾水的模拟.试验期间(2016年11月~2017年1月)进水主要污染物浓度为:COD 49.72~53.31 mg·L-1、BOD5 6.51~12.07 mg·L-1、TN 14.57~15.79 mg·L-1、NH4+-N 2.62~3.81 mg·L-1、NO3--N 11.45~16.63 mg·L-1、TP 0.12~0.23 mg·L-1.

  1.3 试验方法

  常规水质指标:试验期间, 每2 d采集3组人工湿地进出水水样各200 mL, 采用微孔滤膜过滤水样, 测定水样的COD、TN、NH4+-N、NO3--N、TP等, 每组水样取3个平行样.

  基质微生物活性:每7 d检测一次微生物活性, 每组样品取3个平行样.采用荧光显色测试方法, 具体方法为:称取30 g仍保持湿润的基质于100 mL的锥形瓶中, 滴加0.4 mL二乙酸荧光素(1 mg·L-1), 并加入30 mL的磷酸缓冲液(KH2PO4 1.3g·L-1, K2HPO4 8.7g·L-1); 将锥形瓶置于恒温水浴振荡器(水温30℃, 振荡频率150次·min-1)上振荡2 h, 静置10 min, 向锥形瓶滴加氯仿/甲醇溶液(2:1) 15 mL, 终止微生物的水解; 待溶液静置分层后, 取上层液体离心过滤, 以未添加二乙酸荧光素溶液的样品为空白样, 在494 nm波长下进行比色, 以单位质量基质水解产生的荧光素的量表征微生物活性[1 g基质水解的荧光素的量(mg)].

  基质微生物反硝化强度:每7 d检测一次基质微生物反硝化强度, 每组样品取3个平行样.称取50 g湿地基质, 置于250 mL锥形瓶中, 加入200 mL NO3--N培养液, 用橡皮塞塞住瓶口, 置于恒温培养中, 于20℃条件下培养3 d, 每间隔24 h取样离心过滤, 测定NO3--N浓度, 且每次取样后用培养液补足.用单位时间内NO3--N的浓度变化来表征基质微生物的反硝化强度[1 h内1 kg基质消耗的NO3--N的量(mg)].

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