论文部分内容阅读
水资源是制约我国城市可持续发展的主要因素之一,其中水量严重匮乏现象在滨海地区表现尤为明显。天津市作为环渤海地区的重要工业城市,亦存在十分严重的水资源短缺问题。目前,天津地区有限的水资源主要用于工农业生产,城市河湖等生态景观用水得不到保障。非常规水源——再生水已成为城市景观水体的主要补给水源。但再生水中氮、磷等营养盐含量较高,大量补给于生态环境将给受纳水体带来富营养化风险。因此,选用生态工程技术在再生水回补前进行深度净化处理以减少回用风险则具有重大意义。本文选取天津市空港经济区为研究区域,研究区内污水处理厂MBR出水(再生水)的深度净化过程,针对再生水中氮(N)、磷(P)浓度低、活性反应磷(SRP)比例高的水质特点,结合示范工程项目(塘-湿地组合处理系统)开展再生水营养盐深度净化效率的研究。主要研究结论如下:
1 MBR出水水质较为稳定,TP和SRP的含量分别为(1.07±0.69)mg/L和(0.83±0.65)mg/L。其中,SRP占TP的比例极高,达TP的80％以上,表明再生水具有较强的生物可利用性,将其直接补给入景观水体可能导致藻华的爆发。
2塘-湿地组合处理系统对再生水营养盐具有良好的净化效果,氮、磷的平均去除率均达55％以上。其对NH4+-N的净化效果并不明显,NH4+-N进出水浓度分别为0.78 mg/L和1.76 mg/L。系统在工况改变的情况下(100、150和200 m3/d),对氮磷仍保持良好的净化效果。
1)系统对磷的净化效果:进水TP和SRP分别由(1.07±0.69)mg/L和(0.83±0.65)mg/L降至出水的(0.16±0.083)mg/L和(0.06±0.026)mg/L,平均去除率达73.26％和73.15％。同时,随着水力负荷的增加(100、150和200 m3/d),系统对再生水磷亦保持良好的净化效果,TP和SRP的平均去除率分别为79.1％和59.1％。
2)系统对氮的净化效果:系统对TN和NO3--N的净化效果良好且在200 m3/d的水力负荷以内影响不大。其中,TN由(6.32±2.34)mg/L降至(1.90±1.66)mg/L,NO3--N由(4.27±2.20)mg/L降至(0.69±0.52)mg/L,平均去除率67.90％和85.10％。在三种形态氮中,系统对NH4+-N的去除效果较小。当水力负荷增至100、150和200 m3/d时,系统对TN和NO3--N的去除率仍可保持在85.10％和98.91％,而NH4+-N的含量变化不大,分别为0.42 mg/L和0.41 mg/L。
3)系统进出水中Cl-和Na+含量变化较小,其中Cl-进出水浓度分别为246.16mg/L和243.05 mg/L,而Na+含量则由73.51 mg/L增至94.48 mg/L,充分表明其对再生水盐分的截留作用并不明显。
3再生水补给条件下塘-湿地组合处理系统中芦苇各组分氮、磷的质量分数具有明显的差异,分别为(1.17±0.82)％和(0.067±0.057)％。从芦苇组分来看,氮、磷含量具有穗>叶>根>茎的分布特点。芦苇对氮、磷的吸收与生境的养分条件存在一定关联性,使得氮、磷的质量分数随生境而变化。其中,氮的质量分数范围介于0.22％-2.34％,磷的质量分数范围介于0.012％-0.23％。再生水补给能有效提高芦苇的初级生产力,导致地上部分生物量(119 kg/m2)比相邻河道自然生长的芦苇(19 kg/m2)要高,同时地上部分对氮、磷的累积能力均大于地下部分。
4塘-湿地组合处理系统运行初期,表层土壤TP含量的时空差异性不大。其中,2009年和2010年表层土壤TP含量的变化范围介于725.2 mg/kg-770.0 mg/kg和662.2 mg/kg-782.4 mg/kg。从磷的赋存形态看,2009年表层土壤以Ca-P(57％)、Org-P(18％)和Ex-P(10％)为主,而2010年则以Org-P(64％)、Ca-P(20％)和Ex-P(11％)为主,这主要与天津盐碱土壤的特性和植物零落物的腐败累积有关。从磷的活性角度分析,活性磷含量(Ex-P、Al-P和Fe-P之和)随剖面深度的增加呈先降低后基本保持不变的趋势,表明表层土壤存在磷释放风险,而其他形态磷的含量在垂直剖面上波动不大。据相关统计分析可知,除Al-P外,其他赋存形态磷的含量变化与表层土壤理化性质无关。其中,Ex-P的生物地球化学活性最强,与三种形态磷之间均存在响应关系。