CN101781065A - 在垃圾渗滤液人工湿地栽培芦苇去除总氮的技术 - Google Patents

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顾玉祥
樊菲
陈浩泉
恽晓雪
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Abstract

本发明涉及一种在垃圾渗滤液人工湿地栽培芦苇去除总氮的技术，以芦苇作为湿地栽培植物，芦苇的种植密度在1000cm2/棵以内，每天补充经处理的垃圾渗滤液，垃圾渗滤液的COD浓度控制在1000mg/L以下，总氮浓度在1000mg/L以内，至8月底收割芦苇。优点是：芦苇对垃圾渗滤液总氮的吸收能力与生长周期、种植密度等密切相关，通过控制种植密度、切割时间得到优异的除氮效果，实验证明芦苇茎叶部分氮积累量在8月底达到最高为19.82g/m2，说明适时收割芦苇可从湿地去除总氮3872.63g，8月底收割芦苇能最好地发挥垃圾渗滤液人工湿地去除氮的作用。

Description

在垃圾渗滤液人工湿地栽培芦苇去除总氮的技术
技术领域
本发明涉及环境保护技术领域，具体涉及在垃圾渗滤液人工湿地栽培芦苇去除总氮的技术。
背景技术
垃圾渗滤液具有水质水量不稳定、污染物种类繁多、有机物质浓度高、氨氮浓度高等特点。
垃圾渗滤液主要处理方法有回灌法、土地处理法、物化处理法和生物处理法等。
土地处理法包括慢速渗流系统(SR)、快速渗流系统(RI)、表面漫流(oF)、湿地系统(WL)、地下渗滤土地处理系统(UG)及人工快滤处理系统(ARI)等。
物化处理法主要有混凝沉淀法、氧化法、吸附法、氨吹脱技术、膜分离法等。
生物处理法可分为好氧生物处理和厌氧生物处理两大类，好氧处理工艺有活性污泥法、曝气氧化塘、稳定塘、生物转盘、滴滤池等，厌氧处理工艺有厌氧生物滤池、厌氧接触法、上流式厌氧污泥床、厌氧混合床等。
根据《徐波。UBF/MBR/纳滤工艺用于垃圾渗滤液处理工程改造，中国给水排水，2009，25(6)：61-63》中所述，以某生活垃圾卫生填埋场改造规模确定为100m3/d，渗滤液处理工艺主要包括UBF厌氧单元、MBR、纳滤单元以及污泥处理单元。
该渗滤液处理站经过2个月的工程调试进入稳定运行状态，处理出水水质均达到《生活垃圾填埋场污染控制标准》(GB16889-2008)的排放浓度限值，对COD、BOD5、NH3-N、SS的平均去除率分别达到97.6％、98.7％、98.6％、98.1％。
根据《陆继来，黄娟，王惠中。MBR-NF工艺在垃圾渗滤液处理中的应用。中国工程科学，2008，10(10)：61-63，71》中所述，渗滤液水质指标为COD 6000～20000mg/L，BOD53000～8000mg/L，SS 500～800mg/L，NH3-N 400～800mg/L。出水水质指标为：COD 100mg/L，BOD520mg/L，SS 70mg/L，NH3-N15mg/L。
经过连续一年的监测发现，实际运行过程中垃圾渗滤液COD在12600～27500mg/L之间，已高于设计标准，NH3-N浓度在1390～2300mg/L之间，为设计进水浓度的1.74～2.88倍。在此情况下，MBR-NF工艺仍然保持了极好的处理效果。试运行期间，MBR系统出水的COD一直在1500mg/L以下，而运行后期出水则稳定在1000mg/L以下。整个运行期间MBR的平均出水COD为945mg/L，平均COD去除率为94.6％。NF系统除试运行首月监测值为118mg/L略高于排放标准外，系统稳定运行后出水均能保持在100mg/L以下，年均值为80mg/L。NF平均COD去除率达91.5％。系统总体COD去除率达99.5％。MBR出水氨氮平均值为9.4mg/L，已达到了排放标准，生化过程的NH3-N去除率高达99.5％。
根据《程昶。膜生物反应器-纳滤工艺在垃圾渗滤液处理中的应用。工业用水与废水，2009，40(5)：85-87》中所述，处理岳西县垃圾填埋场渗滤液的产量为100m3/d，进水COD、BOD5和NH3-N的质量浓度分别为18000、8000和1500mg/L时，经膜生物反应器加纳滤工艺处理后，出水COD、BOD5和NH3-N的质量浓度分别为80、20和13mg/L。
东北农业大学吴大鹏、陶春虎采用Fenton试剂氧化法处理晚期垃圾渗滤液，试验进水取自深圳某垃圾填埋场的晚期垃圾渗滤液，水样水质指标为COD 1700-2200mg/L。氨氮250-300mg/L，pH为8.5-9.0。对初始pH、H2O2/Fe2+、H2O2投加量及反应时间等影响化学需氧氧量去除效率的各因素进行研究，发现当初始pH为4，H2O2/Fe2+比为5∶1，H2O2投加量为0.05mol/L，反应时间为2.5h，此时COD去除效率可达73.1％。(吴大鹏，陶虎春。影响Fenton法处理晚期垃圾渗滤液CODcr去除因素的研究。东北农业大学学报，2009，40(5))
通过采用同时硝化反硝化对某垃圾填埋场渗滤液进行处理，并对有机物去除效果进行分析，COD、氨氮、总氮的平均去除效率为82.34％、99.82％和65.31％。其中进水COD浓度在1151mg/L-3016mg/L之间波动，出水COD浓度在285mg/L-430mg/L之间波动。进水总氮在483.97mg/L到995.85mg/L之间波动，平均浓度为735.85mg/L，出水总氮浓度在153.95mg/L到402.78mg/L之间波动，平均浓度为254.37mg/L，去除率最高达75.65％，平均去除率为65.31％。(张鸿郭，陈迪云，阎佳，周少奇。垃圾渗滤液同时硝化反硝化处理中有机污染物去除效果。环境工程学报，2009，(6))
由此可见，对垃圾渗滤液进行处理，使垃圾渗滤液的COD达到预期值是一种常规手段。
人工湿地是一种新型的基质、植物、微生物生态系统，这种污水生化处理技术，具有建设与运行成本费用低、处理效果好、可实现废水资源化、生态环境效益显著等特点。植物作为生态系统中的必不可少的成员之一，在人工湿地污水净化过程中起着重要作用，主要有：
(1)净化污染物，水生植物通过附着、吸收、积累和降解可去除污水中的有机物、氮、磷等营养物质，吸附和富集重金属及其它有毒有害物质；
(2)植物根系巨大表面积附着大量微生物，根际可创造利于各种微生物生长的环境，所以植物系统应该较无植物系统具有更大的微生物量，有利于污染物的去除；
(3)增强和维持介质的水力传输，根系的生长有利于均匀布水，延长系统实际水力停留时间。
在高浓度垃圾渗滤液的人工湿地或生物滤池上种植植物，植物容易死亡，成活的植株往往也越长越差。这可能是由于垃圾渗滤液COD、重金属、有毒有害物质等含量太高，妨碍了植物的正常生长。
目前对湿地芦苇床的研究主要集中于农田废水、咸水湖、人工湖等。芦苇为多年生挺水植物，植株高大，地下有发达的匍匐根状茎，多生长在池塘、河溪边等多水地区，常形成芦苇塘。老港垃圾填埋厂附近池塘中分布较多，茎秆直立，生长茂盛。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于提供一种在垃圾渗滤液人工湿地栽培芦苇去除总氮的技术。
本发明解决上述技术问题所采取的技术方案是：一种在垃圾渗滤液人工湿地栽培芦苇去除总氮的技术，考虑到耐污能力及因地制宜的原则，选择芦苇作为湿地栽培植物，芦苇的种植密度在1000cm2/棵以内，每天补充经处理的垃圾渗滤液，垃圾渗滤液的COD浓度控制在1000mg/L以下，总氮浓度在1000mg/L以内，至8月底收割芦苇。
在上述方案基础上，所述的人工湿地，包括天然湿地、人工建造的湿地、生物滤池或类似湿地的污水处理构筑物。
在上述方案基础上，所述的垃圾渗滤液需经矿化床、驯化沟、氧化絮凝等工艺处理后，将COD控制在1000mg/L以下，才进入栽培植物的湿地。
本发明的优越性在于：
芦苇对垃圾渗滤液总氮的吸收能力与生长周期、种植密度等密切相关，因此，通过控制种植密度、切割时间得到优异的除氮效果。
附图说明
图1为芦苇不同部分生物量月变化图。
图2为按本发明种植密度后芦苇各部分生物量变化图。
图3为芦苇各部分总氮吸收能力月变化图。
图4为增加种植后芦苇不同部分吸收氮量月变化图。
图5为芦苇不同部分的含氮量月变化图。
具体实施方式
在垃圾渗滤液人工湿地栽培芦苇去除总氮的技术，选择芦苇作为湿地栽培植物，芦苇的种植密度在1000cm2/棵以内，每天补充经处理的垃圾渗滤液，垃圾渗滤液的COD浓度控制在1000mg/L以下，总氮浓度在1000mg/L以内，至8月底收割芦苇。
本发明中的垃圾渗滤液需经矿化床、驯化沟、氧化絮凝等工艺处理后，将COD控制在1000mg/L以下，才进入栽培植物的人工湿地或生物滤池。
1材料与方法
1.1试验地区概况
老港垃圾填埋场位于南汇东海滩涂边，占地面积为361公顷，日处理生活垃圾8000吨左右，建有渗滤液处理和沼气发电设施。生物滤池位于上海环境工程技术有限公司老港实验基地，占地195.39m2。
1.2试验方法
1.2.1采样方法
在2009年3月移栽芦苇杆于生物滤池，每天补充适量经处理的垃圾渗滤液(COD浓度控制在1000mg/L以下，总氮浓度在1000mg/L以内)，自六月份长出新芦苇后每月采一次样，直到11月份芦苇枯萎。随机挖取长势较好的一棵，分别测其地上部分及地下部分湿重(根需清洗干净)，在105℃烘箱中杀青2小时后，再于80℃烘至恒重，算其含水率。而后取适量烘干的茎叶、根粉碎，测定总氮含量。
1.2.2样品的测定
芦苇总氮的测定采用过硫酸钾氧化吸光光度法，称取烘干后的植物样品0.5g置于凯氏烧瓶底部，加入浓硫酸6ml，混匀后放置过夜，次日加入过氧化氢消煮至液体完全清亮，稀释100倍后依次加入5ml氢氧化钠和15ml氧化剂，然后灭菌40分钟，冷却后在210nm处测其吸光度，以占干重比例表征总氮含量。
1.2.3计算方法
芦苇不同器官氮吸收量的计算：
T＝W×C
式中：W为茎叶(根)的生物量(单位：g/m2)；C为茎叶(根)的氮含量(g/g)；T为茎叶(根)的氮吸收量(单位：g/m2)。
2结果
2.1芦苇生物量与总氮吸收能力关系
2.1.1芦苇生物量月变化动态
芦苇地上部分包括茎叶和穗，芦苇地上生物量主要集中在茎叶，茎叶生物量是地上部分生物量的集中体现。芦苇的地下部分主要是根部，包括须根和茎状根。芦苇不同部分生物量随季节波动，6至8月份是芦苇快速生长时期，其地上生物量迅速增加，最大值337.58g/m2出现在8月24日，这与吴春笃等人的研究类似，但由于老港人工湿地栽培的芦苇较少，所算得生物量最大值明显低于吴春笃等人的研究。10、11月份芦苇进入枯萎期，叶片枯黄凋落，茎叶生物量逐渐下降。在整个生育周期内，芦苇地上部分生物量明显大于地下部分，这说明芦苇的生物量主要集中在地上部分，但二者生物量趋势相一致，均为单峰式。芦苇根部由茎状根和须根构成，茎状根在芦苇的整个生育期中有着特殊作用，既具有吸收和储存营养的功能，又对新芦苇的产生起着重要的作用，须根和茎状根总生物量在10月11日达最大值253.44g/m2。芦苇总生物量趋势也为先升后降，呈典型的单峰式，其最大值573.62g/m2出现在8月24日。芦苇不同部分生物量月变化如图1所示。
由于垃圾渗滤液人工湿地栽培的芦苇仅200棵左右，密度小，约1m2/棵，但实际上，芦苇的占地面积在1000cm2/棵以内，因此人工湿地实际可种植约1954棵芦苇。由此推算，8月份芦苇茎叶生物量最高为3298.17g/m2，总生物量可达5604.29g/m2。此时，芦苇不同部分生物量变化如图2所示。
2.1.2芦苇各部分总氮吸收能力
芦苇不同部分总氮吸收量6至8月份增长迅速，7月份至8月份，茎叶部分总氮吸收量升高了122.13％，根部氮积累量升高了548.04％。地上部分氮吸收量在8月份达到最大值为19.82g/m2，之后，随氮百分含量及生物量的下降，地上部分氮吸收量也逐渐下降，直至11月份降至12.01g/m2。芦苇各部分总氮吸收能力月变化如图3所示。
比较图1和图3，芦苇地上部分氮吸收量与其生物量有很好的相关性，由此可以得出芦苇地上部分氮吸收量与其生物量有正相关性，即芦苇地上部分生物量增加时，总氮吸收量也明显增加，且均在同一时期达到最大值，之后生物量下降，总氮吸收能力也随之下降。考虑到芦苇生物量及总氮吸收量均在8月24日达到最大值，因此，8月底收割芦苇能最大限度去除总氮(约3872.63g)。与地上部分不同，6至8月份，芦苇地下部分氮吸收量迅速上升，而9月份略有下降，随后一直呈上升趋势直至11月份达最大值，最高为9.45g/m2。芦苇地上及地下部分总吸收氮量与总生物量也呈正相关性，其变化趋势也呈单峰型。
若按1000cm2/棵增加种植后，则8月份芦苇地上部分吸收氮量相应增加为193.60g/m2，地上及地下部分总吸收氮量为278.70g/m2，芦苇各部分总氮吸收能力月变化如图4所示。每棵芦苇地上部分吸收的氮量约为8.51g，每棵芦苇总吸收氮量为27.87g。
2.2芦苇不同部分的含氮量月动态
芦苇不同部分总氮百分含量平均值表现为为地上器官大于地下器官，地上部分含氮量最高在6月份，高达6.29％，最低值在9月份为4.67％，降低了25.76％。根部含氮量最低值在9月份为3.57％，最高值出现在11月份为3.94％，升高了10.36％。地上部分和地下部分变化趋势一致，均在同一时期先降低后升高。由于根部在生长期要往上部输送养分，而到了秋冬季节要储存养分，因而导致了根部氮含量先降低后升高。地上部分氮含量下降可能是因为茎叶部分在抽穗时将氮转移到穗中，从而使得茎杆和叶总含氮量降低。芦苇不同部分的含氮量月变化如图5所示。
3.结论
(1)芦苇地上生物量、地下生物量及总生物量均呈先增加后减少的趋势，6至8月份芦苇生长迅速，生物量上升较快，整个生育周期内，地上生物量明显大于地下部分，芦苇的地上生物量在8月底达到最大值337.58g/m2，地下生物量在10月11日达最大值253.44g/m2。总生物量最大值573.62g/m2出现在8月24日。若增加人工湿地芦苇密度，按1000cm2/棵计算可种植1954棵，则8月份芦苇茎叶生物量最高为3298.17g/m2，总生物量可达5604.29g/m2。
(2)芦苇不同部分氮积累量6至8月份增长迅速，地上部分氮吸收量远大于地下部分，芦苇地上部分氮吸收量与其生物量有正相关性，芦苇地上部分氮吸收量及生物量都在8月24日达到最高。增加种植后，8月份芦苇地上部分总吸收氮量相应增加为85.10g/m2，根、茎叶总吸收氮量为280.70g/m2。因此，每棵芦苇地上器官吸收的氮量约为8.51g，总吸收氮量为28.07g。
(3)芦苇地上部分氮的百分含量均高于同期地下部分，地上器官和地下器官含氮量变化趋势一致，表现为先降低后升高，地上部分在6月份达到最大值为6.29％，地下部分在11月份达到最大值为3.90％，地上部分与地下部分含氮量均在10月份达到最低值，分别为4.67％和3.65％。
(4)根据实验结果，在人工湿地或生物滤池内科学种植芦苇能有效去除垃圾渗滤液中的总氮，8月底收割芦苇能最好地发挥垃圾渗滤液人工湿地去除总氮的作用。

Claims (3)

1.一种在垃圾渗滤液人工湿地栽培芦苇去除总氮的技术，以芦苇作为湿地栽培植物，其特征在于：芦苇的种植密度在1000cm2/棵以内，每天补充经处理的垃圾渗滤液，垃圾渗滤液的COD浓度控制在1000mg/L以下，总氮浓度在1000mg/L以内，至8月底收割芦苇。
2.根据权利要求1所述的在垃圾渗滤液人工湿地栽培芦苇去除总氮的技术，其特征在于：所述的人工湿地，包括天然湿地、人工建造的湿地、生物滤池或类似湿地的污水处理构筑物。
3.根据权利要求1所述的在垃圾渗滤液人工湿地栽培芦苇去除总氮的技术，其特征在于：所述的垃圾渗滤液需经矿化床、驯化沟、氧化絮凝等工艺处理后，将COD控制在1000mg/L以下，才进入栽培植物的湿地。
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