太陽能原位凈化槽對污水處理的試驗范文
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摘要:基于安裝便捷、綠色美觀、能源自給等理念，針對河道周邊無法截污納管的排污口問題，構建了太陽能浮動式原位凈化槽系統。利用該系統裝置應用于上海市青浦區某河道排污口試驗，試驗周期為30d，在水力停留時間約30.86h的情況下，排污口污水中CODCr、NH3-N、TP及濁度的平均去除率分別達到38.75%、51.73%、31.02%及46.81%。
關鍵詞:原位凈化槽;河道排污口;能源自給
隨著經濟的快速發展，人民生活水平的不斷提高，河道水污染問題也日漸突出，全國出現了很多黑臭河道。城市水體“黑臭在水里，根源在岸上，關鍵在排口，核心在管網”，水污染物主要是沿水體的各類排污口排放和溢流導致的，城市黑臭河道水體整治工作的關鍵在于截污納管，實施雨污分流，控制各類排污口的污水排放［1－3］。但是有些地區排污口截污納管計劃滯后于黑臭河道整治計劃，且有些排污口也不具備截污納管條件，導致很多排污口暫時無法解決，需要通過其他應急方式處理排污口的污染水體［4］。目前，處理此類排污口主要通過建立凈化槽初步凈化，防止污水直排，應用較普遍的凈化槽主要有花壇式凈化槽及濕地凈化槽。花壇式凈化槽在河道中砌筑集水池，將排放的生活污水用水泵抽岸上處理，投資成本高，需要占用河道沿岸空間，此方法施工難度大;濕地凈化槽在河道內排污口砌筑人工濕地處理槽，占地面積大，管理難度較大。因此，進行黑臭河道整治，解決各類排污口污水直排現象，考慮水體凈化效能、景觀效應、環境相容、便于實施等多方面因素，構建排污口的臨時凈化系統已成為目前黑臭河道治理中急需的措施。為了有效解決黑臭河道沿線無法截污納管的排污口問題，構建了一種太陽能浮動式原位凈化槽系統，應用于上海市青浦區某河道排污口水體凈化工程，通過檢測水體指標，研究凈化試驗效果，以期達到生態治水、原位凈水的目的。
1試驗裝置與方法
試驗所用的太陽能浮動式原位凈化槽包括太陽能曝氣系統、浮力系統、水生植物系統、浮床框架支撐系統、組合填料系統、浮動式凈水屏障系統。其中太陽能曝氣系統設置在浮力系統上;浮力系統、組合填料系統、水生植物系統設置在浮床框架支撐系統內;浮動式凈水屏障系統設置在浮床框架支撐系統下方。
1．1太陽能曝氣系統
光伏太陽能曝氣系統是利用光電轉換原理，將太陽光能利用并轉換成電能供增氧機曝氣，系統包括太陽能光伏板、曝氣控制系統和微孔曝氣管路;其中太陽能光伏板和曝氣控制系統設置在組合浮箱上。太陽能光伏板為整個太陽能曝氣系統提供電能，驅動曝氣機運行;曝氣控制系統主要控制整個太陽能曝氣系統電能儲蓄轉化、曝氣機啟停時間。微孔曝氣管路包括主管、橫支管和縱支管，其中主管穿過浮箱中央延伸至河道;主管側面均勻分布若干橫支管，橫支管側面均勻分布若干縱支管，橫支管和縱支管與組合填料系統連接，微孔曝氣系統向水體提供溶解氧。
1．2組合填料系統
組合填料系統呈林立狀等間距綁扎在浮床框架支撐系統的尼龍網格上，組合填料自排污口向河道中央分布，長度為0.5～1.5m，沿坡度增長，分布于內、外框架形成的兩個倉內。
1．3水生植物系統
水生植物系統包括植物種植網和水生植物，水生植物設置在植物種植網上，植物種植網的網孔規格為3cm×3cm。選用的水生植物品種選擇植株較小、抗風浪、水質凈化效果較好的香菇草和大聚草，種植密度為80株/m2。
1．4浮動屏障凈化系統
浮動式凈水屏障系統包括沿水流方向依次設置內部過濾層、表面防水層。其中，內部過濾層采用聚乙烯材質1mm孔徑的密網，表面防水層采用PVC凃塑防水布。浮動式凈水屏障系統通過纏繞繩分別與內框架、外框架豎直連接，框架均采用DN110的UPVC塑料管道，管道內塞泡沫棉。浮動式凈水屏障系統下部卷裹砂石，系統的高度比常水位高0.5～1m，通過下部卷裹砂石形成的重力與河底接觸，不受河底坡面大小影響。該系統可隨水位高低自由浮動，汛期雨水排入，屏障自動懸浮，河水從屏障頂部溢流，不影響排澇，能夠形成較封閉式的凈化系統。
2太陽能浮動式原位凈化槽系統試驗
2．1試驗方法
試驗設置太陽能浮動式原位凈化槽系統規格大小為5m×3m×2m，置于上海市青浦區某河道內部某排污口處，該排污口水體主要來源于周邊小區的生活污水，排污口直徑大小為500mm。排污量的檢測結果顯示，日常排污口的平均排水量為10.5m3/d。河道水體的常水位深度約1.8m，岸坡比約1∶1.5，則裝置系統的平均水深約0.9m，整體系統的水力停留時間約30.86h，最短停留時間約19.76h。排污口凈化槽處理裝置采用連續自流進出水的方式運行，在經過15d的啟動掛膜運行之后，正式進入試驗。試驗開始日期為2017年6月10日，試驗系統從開始穩定運行到試驗結束共30d，水溫為19～27℃，對裝置的進水和出水進行檢測，取樣周期為2d，取樣時刻選中午12點左右，分析各種污染物的去除效果。
2．2分析方法
CODCr、NH3-N、TP、濁度檢測方法采用《水和廢水監測分析方法》(第四版)中的相關方法［5］:CODCr采用重鉻酸鹽法，NH3-N采用納氏試劑分光光度法，TP采用鉬銻抗分光光度法，濁度采用分光光度法。
2．3試驗結果與分析
2．3．1CODCr的變化規律
系統進水CODCr不穩定，波動性較大，基本處于40～80mg/L，其出水CODCr相對較穩定，平均去除率約38.75%，且出水CODCr基本都小于40mg/L，明顯降低了污水的有機物含量。水體中的有機物降解主要通過微生物代謝，即利用系統裝置內水下懸掛的生物填料，在曝氣的條件下形成生物膜，可使水體中的CODCr得到降解，且利用太陽能進行底部曝氣，可彌補微生物降解過程中耗氧量大、大氣復氧不足的情況。另外，浮床植物在水下有豐富的根系，也能為微生物的生長提供繁殖生長的微環境［6－7］。
2．3．2NH3-N的變化規律
系統進水NH3-N波動也較大，基本都在5mg/L以上，最高能達到8.4mg/L，出水都較穩定，基本都在4mg/L以下，最低可達2.13mg/L，平均去除率達到51.73%，可見系統裝置對污水中的NH3-N具有較好的降解作用，其出水NH3-N小于黑臭河道NH3-N指標(NH3-N≤5mg/L)［8］，對河道水體的治理能起到明顯的改善作用。系統水體中NH3-N的降解基本依靠微生物的硝化作用，且利用太陽能曝氣為水體持續供氧，發生硝化作用，持續降解NH3-N。另外，水生植物的生長也會吸收部分水中的NH3-N，因此對于水體中NH3-N的去除也有一定的作用［9－10］。
2．3．3TP的變化規律
系統裝置內進出水TP波動都較大，對TP的去除效率基本在20%～40%，平均去除率為31.02%。TP主要由顆粒性磷和溶解性磷組成，水中的顆粒性磷主要依靠浮床植物的根系以及水中填料的截留和沉淀作用去除;而溶解性磷主要依靠附著在填料和植物根系上的微生物去除，另外本裝置中利用太陽能曝氣復氧，能夠使水中溶解氧增加，利于水中微生物生長，填料端的微生物特別是聚磷菌等菌種數量會增加［11］。
2．3．4濁度的變化規律
系統裝置對濁度的平均去除率達46.81%，且出水濁度較穩定，基本位于50NTU左右。一般情況下水體濁度的去除主要是通過過濾和沉淀［12］，系統內有大量懸掛的生物填料，其比表面積較大，且表面吸附有具有黏性的生物膜，水中懸浮顆粒通過系統裝置時，易被吸附到填料表面;另外，系統裝置的內部過濾層，也具有一定的截留水中懸浮顆粒及雜質的效果;系統裝置的水體停留時間較長，也有一部分的顆粒會沉積到裝置系統底部。
3結論
(1)太陽能浮動式原位凈化槽具有生態環保、安裝便捷、綠化美觀、能源自給等特點，主要通過太陽能曝氣系統、生物填料系統、水生植物系統及浮動屏障系統構建而成。
(2)應用于排污口的太陽能浮動式原位凈化槽，在約30.86h水力停留時間下，對排污口的污水中CODCr、NH3-N、TP及濁度都起到有效的降解效果，平均去除率分別達到38.75%、51.73%、31.02%及46.81%，出水NH3-N小于黑臭河道指標，對河道水體的治理能起到明顯的改善作用。
(3)通過構建的太陽能浮動式原位凈化槽可減少河道周邊排污口的直排現象，降低進入河道的污染負荷，對后期河道的進一步修復及治理起到關鍵性作用，具有一定的推廣使用價值。
4展望
(1)太陽能浮動式原位凈化槽主要是應對河道沿線暫時不能截污納管情況的應急處理裝置，雖能通過裝置中曝氣系統、生物填料系統及水生植物系統的組合凈化污水中的大部分污染物，達到預期的處理效果，但排污口的污水水質不一，無法保證其普適性;同時，由于監測時間不長，不同季節，特別是冬季的效果還需要進一步分析。因此，在后續的試驗或應用中還有待進一步驗證。
(2)太陽能浮動式原位凈化槽的后續運行需要適當的日常管理養護，應避免生態屏障系統的破漏;另外生態浮床的水生植物需及時部分收割，需注意避免對裝置中的填料產生較大的擾動，且需及時補種新植株，新植株有著新生長的根系及更強的光合作用，對水質的凈化能力也會更好。
(3)太陽能浮動式原位凈化槽系統基本能將排污口的污水降解至無黑臭狀態，但出水水質仍未達到地表水Ⅴ類水體，還需在河道的后續治理中，利用生態曝氣、復合浮床、高效微生物菌劑等生態措施進一步強化改善河道的水質。
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作者:韓國勝 黃志金 郭蕭 薛露肖 萬梅梁 單位:上海汀瀅環保科技有限公司
