法国式人工湿地污水处理:印度swing原型的经验
Umer Mujtaba Khan1Arvind Kumar2Alenka Zalaznik3.以及纳迪姆·哈利勒1＊
1印度北方邦阿里格尔穆斯林大学扎基尔·侯赛因工程技术学院土木工程系
2印度政府科技部科学技术司，印度新德里
3.LIMNOS Podjetje za appliativno ekologijo d.o.o, Company for Applied Ecology Ltd, Podlimbarskega，斯洛文尼亚卢布尔雅那
http://dx.doi.org/10.12944/CWE.17.2.16
BOD5;法式人工湿地;印度;大型植物;污水;亚热带地区;废水
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张建军，张建军，李建军，等。人工湿地在污水处理中的应用。当代世界环境，2022;17(2)。DOI:http://dx.doi.org/10.12944/CWE.17.2.16
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张建军，张建军，李建军，等。人工湿地在污水处理中的应用。当代世界环境，2022;17(2)。
介绍
在印度亚热带气候条件下，基于自然的解决方案(NBS)，如人工湿地技术用于污水处理，也比其他方法更受欢迎1，2，3。对于小流量，与传统的高速率处理系统相比，人工湿地(CWs)已被证明是一种经济有效且易于实施的方法，其运营维护成本较低4、5。其中一个最有前途的配置的化粪池是法国式湿地系统的废水处理6。与传统化粪池不同的是，该化粪池无需一级处理即可直接处理原废水，并且易于处理污泥管理7。FTCW可以是单级或两级混合系统。在后一种情况下，第一阶段涉及一个垂直地下流(VSSF)床，直接接收原水(没有任何初级处理）而第二级则是水平地下流层(HSSF)，两者都充满了介质8。
在亚热带气候条件的国家，如印度北部大部分地区，以及印度次大陆的类似地区，湿地比较冷的地区有优势8。大型植物的生长和微生物活性的增强是CWs在这些地区具有较高去除效率的主要因素7、14。
文献表明，ftcw已被广泛应用于废水处理9。在以前的研究中，从正在运行的全尺寸装置的结果来看，高通量反应器的范围从0.37 /天达到0.45 m/d1, 10。有机负荷率一般保持在150和300克COD m2·d1而TKN介于两者之间25和30克2·d111、13。FTCW良好设计实践的另一个重要因素是大型植物的选择12。在大多数情况下，正如文献报道的那样，芦苇南极光FTCW最常用的品种是什么12。
在本研究中，混合FTCW在中试规模上设计了两个阶段(垂直流和水平流)，采用了三种不同的植物(芦苇澳大利亚，美人蕉，和sagittaria)，目的是在亚热带气候条件下，实地考察其去除污水中污染物的性能。次要目标是研究不同物种对不同水力加载条件下性能的影响。
材料与方法
这项研究是在印度阿里格尔的阿里格尔穆斯林大学进行的。城市(27)o88年,78镑oe . 08)位于印度北部，位于首都德里西南约130公里处(图1)。气候属亚热带，高温(27摄氏度)oC至46oC)在夏季潮湿和寒冷(10)oC到1oC)在冬季。雨季也位于夏季和冬季之间，年平均降雨量约为590毫米。
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图1:印度地图显示阿里加尔的位置(来源:www.dmaps.com)。 |
试验装置是在印欧swing研究项目中用混凝土建造的。它由筛室、砂砾通道、储水池和两级混合湿地组成:一个垂直的地下流，有3层平行，然后是一个水平的地下流湿地(图2)。法国CW系统的两级净面积约为82 m2(36.75米2第一阶段和45米2对于第二级，设计以可变水力加载速率(0.4m/d至0.97 m/d)运行。未经处理的污水来自大学校园内邻近及现有的污水处理厂(STP)，在那里进行了这项初步研究。
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图2:位于印度AMU Aligarh的法式连续油管中试装置的流程方案。 |
未经处理的污水从STP的入口室抽到中试装置的储罐。VF和HFCW机组施工中使用的滤料尺寸和类型见表1，设计参数详见表2。
表1:结构的主要特征。
VSSF连续波 |
HSSF连续波 |
床位:03张 |
床位数:01张 |
长度:3500mm或3.5 m |
长度:10000mm或10m。 |
宽度:3500mm或3.5 m |
宽度:4500mm或4.5 m。 |
深度:800mm或0.8 m |
深度:500mm或0.5 m。 |
媒体 |
媒体: |
从上到下 |
6- 16mm Ø砾石 |
50厘米2-4毫米Ø砂 |
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10厘米6-16毫米Ø砾石 |
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20厘米的20-40毫米Ø碎石 |
表2:FTCW不同中试机组设计参数详细情况。
不同的单位 |
有效面积 (m2） |
水的深度 (m) |
荷尔蒙替代疗法 (小时) |
加载速率 (m3./天) |
有效容积(m3.） |
种植园 |
床上1 |
12.25 |
0.97 |
17 |
5, 10, 12 |
11.88 |
美人蕉籼 |
床2 |
12.25 |
0.97 |
17 |
5, 10, 12 |
11.88 |
究竟 |
床上3 |
12.25 |
0.97 |
17 |
5, 10, 12 |
11.88 |
Sagittaria |
操作、采样和监控
第一阶段(VSSF)采用顺序方式，每个床直接投喂原污水3.5 d，然后两倍时间休息7 d。图3分别为Aligarh试验VSSF连续油管和HSSF连续油管在初始阶段和达到稳态条件后的视图。
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图3:AMU Aligarh试验工厂的视图，印度。 |
试验装置在单床脉冲负荷下运行和监测了3个可变HLRs，分别为0.4、0.81和0.97m/天，为期2年。研究中使用了当地可获得的本地植物。第一期各隔室种植不同的树种。这些都是美人蕉，芦苇，和Sagittaria。废水通过与地表以下10 cm处水流垂直的穿孔管均匀分布在床面顶部。排水管安装在床的底部，垂直于过滤器另一侧的水流。HSSF连续流化床的目的是对VF床处理后的废水进行连续抛光15。本研究第二阶段的单床(HSSF CW)被植被覆盖美人蕉籼稻。
在稳定状态后，对该厂进行了为期两年的监测。该研究于2017年开始，并于2019年完成。在苗床种植植被后，该系统大约需要4-5个月才能达到稳态状态。待各层植物生长良好，芽区和根区发育正常后，开始定期取样监测。进行了理化取样污染物。用万用表在现场记录废水参数，如温度、pH值、电导率和溶解氧(DO)生化需氧量5在阿里格尔大学土木工程系环境工程实验室对COD、TSS、TN和TP进行了分析。抓取样品收集在适当准备的干净和酸洗的瓶子中，样品在保持4℃温度的冷藏盒中运输。去实验室。为了进行分析，使用了《水和废水检测标准方法》(APHA, AWWA, WEF, 2005)中给出的程序。
结果与讨论
污水污染物的平均浓度见表3。对于可用的生活废水，观察了所有三个床的进口浓度在循环负荷期间的COD波动平均值(125.51±31.9 mg/l)， BOD5(68.58±17.1 mg/l)， TSS(43.48±9 mg/l)。
表3:两年期间观察到的未经处理的废水的平均浓度。
参数 |
进水和出水浓度(mg/l) |
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垂直流人工湿地(FTCW) |
HFCW后 |
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床上1 |
床2 |
床上3 |
|||||||||
在 |
出 |
在 |
出 |
在 |
出 |
床上1 |
床2 |
床上3 |
|||
生化需氧量 |
平均数±标准差 | 66.67±17 |
22±9.1 |
69.48±17.5 |
20.25±10.8 |
69.61±16.8 |
25.93±10.7 |
8.74±4.7 |
9.03±4.8 |
9.29±4.9 |
|
鳕鱼 |
平均数±标准差 |
120±24.7 |
36.73±14.4 |
128.4±39.7 |
33.73±16.4 |
128.13±31.5 |
44.66±17.6 |
15.73±7.9 |
14.66±6.7 |
19.33±10.4 |
|
TSS |
平均数±标准差 |
42.37±9.6 |
8.4±2.2 |
42.95±9.9 |
8.02±3 |
45.13±7.7 |
8.57±3 |
6.98±2.4 |
6.42±3 |
6.76±3.1 |
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通过三种大型植物种植的三个垂直流床后的第一级效率为
美人蕉籼COD、BOD分别为70.3%、67.93%和79.99%5和TSS;
芦苇南极光COD、BOD分别为74.47%、71.91%和81.32%5和TSS分别为Sagittaria:COD、BOD分别为66.11%、63.76%和81.09%5和TSS。
第二阶段的处理包括一个水平流连续油管美人蕉籼通过去除污染物进一步提高垂直流化床处理废水质量的品种。第二阶段的效率为
美人蕉籼稻:COD、BOD分别为58.07%、62.07%和18.27%5和TSS，
芦苇南极光:COD、BOD分别为55.02%、55.07%和22.02%5和TSS;和Sagittaria:COD、BOD分别为58.38%、65.58%和23.01%5和TSS。
French-type CWs系统COD、BOD的总效率分别为87.1%、87.3%和84.6%5，和TSS。阶段1、阶段2和总体效率分别如图4 (a)、(b)和3(c)所示。
在垂直流化粪池中使用可变滤料，如砾石和沙子，也会通过促进微生物的生长和床上污泥层的发育来影响处理过程16。对全氮、总磷等营养物的去除效率也进行了评价。测定的TN和TP的处理效率分别为67.93%和69.32%(图4 (d))。据观察，这些效率与报道的生活废水的效率相当13，这很可能是由于在研究区域普遍存在的气候条件下，大型植物和微生物的生长条件有利12。
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图4:(a)第一阶段效率。 |
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图4 (b).第二阶段效率 |
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图4 (c)总体效率。 |
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图4:(d)全氮和总磷去除效率。 |
不同进水流量对性能的影响
在评估和监测期间，对法国化粪池系统的性能进行了不同的进水流量评价。在监测期间，HLR从0.4m/d、0.81m/d逐渐变化到0.97m/d。不同的HLR会导致阶段1和阶段2的变化，以及系统的整体效率的变化10。然而，当HLR从0.81m/d变化到0.97m/d时，去除效率没有显著变化。观察到，随着进水流量的增加，污染物的去除效率降低10年,20年,21（图五)。观察到整个系统的COD去除率，BOD5，TSS在0.4m/d时分别为87.15%、87.37%和84.66%;在0.81米/天:84.68%、85.40%和83.60%，在0.97米/天:84.24%、84.43%和83.49%。
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图5:FTCW在负荷(相当于0.4m/d、0.81m/d和0.97m/d)下的整体性能。 |
在调试阶段，观察到低效率。这可以归因于较少的污泥层沉积在过滤床的顶部，从而减少了大型植物和微生物之间的相互作用11、16、17。然而，在本研究过程中，一旦达到稳定条件，我们观察到FTCW的性能随着时间的推移而改善，这可以归因于垂直流化床顶部污泥层的沉积及其在去除过程中的作用11日,14日,17岁。该研究也与之前的研究一致，即污泥层的矿化增加了处理系统的能力，低进水流量的影响增加了废水与微生物的接触时间11日17。第二级效率的下降是由于第一级VF床的去除效率更好18、20。
结论
在印度亚热带气候条件下，基于混合型人工湿地配置的中试工厂在实际野外条件下的两年监测数据显示，COD、BOD参数的平均去除效率(总体)5TSS、TN、TP分别为87.1%、87.3%、84.6%、67.93%、69.32%。在三个不同种植的VSSF床中，床上有sp。Phragmitesaustralis结果表明，当HLR为0.4m/d时，去除率最高;美人蕉籼和sp. sagittaria。当HLR从0.4m/d增加到0.81m/d，进一步增加到0.97m/d时，效率逐渐降低。由此可见，降低水力停留时间，降低了一级系统的效率，最终对整体水质产生影响。一旦达到稳定状态，经第二阶段处理后的污水的质量就在印度允许的地表水处理限度之内。研究结果表明，混合配置的法国CW型在印度或具有类似气候条件的地区处理污水可能是一种非常有前途的方式。
鸣谢
作者要感谢印度Aligarh穆斯林大学提供的支持与合作，该大学提供了土地以便在其房内建立试验工厂、进行实验和使用实验室设施。
利益冲突
作者没有任何利益冲突。
资金来源
该研究由新德里印度政府科学与技术部(DST/IMRCD/2012/(G)/i)和欧盟第七框架研究计划根据资助协议Nº308502获得的研究资助进行。
参考文献
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CrossRef
