不同载体生物滤池对渗滤液污染物处理效果研究

中国环境学会  2011年 06月21日

  谢冰* 吕宝一 崔玉雪 梁少博
   (上海华东师范大学环境科学系,上海市城市生态恢复和重建重点实验室,上海200062)
   
  摘要:本文实验了两种不同类型的载体:陈垃圾和多孔滤料,作为生物滤池反应器填料,分别构建了单一陈垃圾、多孔滤料以及复合该两种填料的三种生物反应器,对渗滤液中的污染物进行了去除效果实验。实验研究表明,多孔滤料生物滤池对于渗滤液中COD和氨氮的去除效果高于陈垃圾滤池,但是总氮的去除率低于陈垃圾。复合填料滤池对于负荷和低温变化具有较好的耐受能力。电镜观察和微生物计数结果表明两种载体适合微生物挂膜生长。粒径分析结果表明,两种载体的颗粒粒径组成对于滤池通透性能以及污染物去除有重要影响。
  关键词:渗滤液 生物滤池 陈垃圾 多孔滤料  颗粒粒径
   
   
  Leachate Pollutants removed by Biofilter with different media.
  XIE Bing, LV Baoyi, CUI Yuxue, LIANG Shaobo
  (Key Laboratory of Urbanization and Ecological Restoration of Shanghai, Department of Environment Science, East China Normal University, Shanghai 200062)
   
  Abstract: Two different media, aged refuse and cinder were used as the carrier to construct the biofilter. The landfill leachate pollutants removal by three biofilters contain aged refuse, cinder and hybridized two media respectively were investigated. The results showed that biofilter contained cinder have higher COD and NH3-N removal rate than that of aged refuse, while lower removal rate of Total Nitrogen. Hybridized biofilter has good ability of shock loading and lower temperature resistance. It is found that both two media could be available to the bacterial attached growth on their surface by SEM observation and microbial counting. The particle composition of two media may have important effects on biofilter’s permeability and pollutants remove. 
  Keywords: Landfill leachate; Biofilter; Aged refuse;  porous filter;  Particle diameter

  

  导致水库水质污染虽然有自然因素,但更重要的是人为原因。自然因素主要有以下两方面,一是水库中各种有机物的长期淤积、分解,产生有机污染;二是一些富含重金属的土壤长期淤积,造成污染,这种情况为数极少。人为原因包括农业污染、工业污染和生活污染。农业污染主要来自农药和化肥的大量使用,残余的农药和化肥被径流带入水库中聚集后造成污染。工业污染主要来自集水区内的工厂和矿山。近年来一些工厂迁入山区,以及采矿、采煤等活动均会导致水库水质的污染。生活污染主要源自生活、旅游产生的废水、废弃物,也是水库污染的重要来源之一。水库的自净能力远较河流为低,只要上游有污染源存在,经一定时间的累积,就可能会导致严重的污染。高速的工业化、城市化和整个社会经济的快速增长使全省水库水质污染的情况日益严峻。很多水库均出现氮、磷营养性物质超标。据丰水期和枯水期的水质调查结果,大部分水库受到了一定程度的污染,属于中营养型;东江流域的新丰江水库和白盘珠水库水质优良,为贫营养型;而其它水库均已受到不同程度的污染。
  至今尚无针对水库水环境的有效治理措施,水库水污染的情况依然在加剧,已成为枯水季节水质性缺水的重要因素;对地区经济的发展、人民生活水平构成日益严重的威胁。


  水质监测的重要性
 

  水库水环境进行有效整治必须清楚、及时地掌握全省水库水环境情况,了解问题水库污染产生的原因。如此才能及时采取合理措施,治理工作才能做到有的放失,取得切实的成效。所以,及时、全面掌握水库水质情况是进行有效整治的前提,也是在当前形势下有效进行水库水环境保护,保证水库可持续发展、利用必须完成的工作。
  然而,我省水库众多,分布范围广;且大多数位于山区,交通不甚方便,用已有的手段难以进行全面的监测。不能及时发现水库污染情况是造成水库水环境污染不能得到及时整治的主要原因之一。水库水环境的全面监测已成为全省水库水环境保护、污染治理的瓶颈,所必须充分利用现代高科技手段,研究更有效的水质监测方法加以解决。


  水质监测手段的特点


  传统监测手段的局限性
  目前对江河和水库的水质监测主要采用人工取样分析、仪器自动监测两种方式。人工取样分析是在监测水域按一定的方式人工采集水样,然后在原地或带回实验室通过化学分析、仪器分析或生物技术分析水样中的污染物及其有关的组成成分含量。其中化学分析方法几乎可以测量所有的杂质含量,且精度高,是最为成熟的水质分析方法。但该方法分析花费较高,时间较长。实地取样分析的方法可以测量所有要求的水质指标,且精度高,是目前最为成熟,也是被普遍采用的常规方法。
  然而,由于广东省东江流域大、中型水库数量多、分布广,人工取样分析方法存在着明显的局限性。首先,用人工取样分析的方法进行水质监测周期长,劳动强度大。正常情况下,难以在需要的时间内对所有水库进行全面采样分析,而只能抽样进行,结果难以反映全省水库的真实情况;对于大、中型水库,其水域面积大,可能存在多个污染源,污染情况在空间上可能存在着较大差异,数个采样点很难反映水库的整体水质情况。广东省有关领导和水利、水文部门对水库水环境已非常重视,但由于常规手段和其它各种条件的限制,现在只能对41宗水库进行监测,无法对所有受污染水库的治理提出切实有效的治理措施。
  其次,数据的步性差。由于不可能组织大批的人力对所有监测的水库同时进采样,而只能是能按一定的顺序对各个水库先后采集水样。水样的采集有一定的时间跨度,结果不反映同时的情况,成为水环境状况的分析的一个不利因素。
  仪器自动监测是通过水质污染自动监测系统(WPMS)实现的。水质污染自动监测系统是一套以在线自动分析仪器为核心,运用现代传感器技术、自动测量技术、自动控制技术、计算机应用技术以及相关的专用分析软件和通讯网络所组成的一个综合性的在线自动监测体系。水质自动监测仪具有最佳的实时效果,可以对水质进行自动、连续监测,数据远程自动传输,随时可以查询到所设站点的水质数据。这对于解决现行的水质监测周期长,劳动强度大,数据采集、传输速度慢等问题,具有很好的社会效益和经济效益。其先进性在于在实验室(中央控制室)可以实时显示现场数据,仪器发生故障时,报警功能可提醒用户并告知故障原因。WPMS可尽早发现水质的异常变化,为防止下游水质污染迅速做出预警预报,及时追踪污染源,从而为管理决策服务。
  但大部分自动监测系统是以监测水质污染的综合指标为基础的,包括水温、混浊度、pH值、电导率、溶解氧、化学需氧量、生化需氧量、总需氧量和总有机碳等。单项污染物浓度自动监测系统还处于研究试验阶段。总的来看,在现有水污染连续自动监测系统中,水质污染监测项目尚较为有限,尤其是单项污染物浓度监测项目还是比较少,例如重金属、有毒有机物项目的自动监测仪器较缺乏。现有单项污染物浓度检测仪器在性能方面还存在一些缺陷,在一定程度上限制了它的使用。
  其次水质连续监测仪器长期运行的可靠性尚差,一般同时运行率仅达70%,故障经常出现在传感器沾污及采样器堵塞上。
  此外,水质污染自动监测系统价格昂贵,运行成本极高。目前国内的自动监测仪器研制技术发展较慢,所用的自动监测仪多为国外进口设备,价格昂贵,且运转费用高。
  目前采用的两种监测方法各有优劣,实地采样分析的方法监测的精度高,但水质监测周期长,同步性差,劳动强度大,且数据采集、传输速度慢。仪器自动监测的方法具有很好的实时性和同步性,但可监测的指标有限,精度不高;且自动监测系统价格昂贵,运行成本高。已有的这两种监测方法的共同缺陷是在可行的成本范围内无法对全省大、中型水库进行有效的全面监测,所以难以做到及时、全面地获取全省大、中型水库的水质情况。而及时、全面地了解全省大、中型水库的水质情况是进行水环境保护、水污染整治的关键。所以必须引入现代高科技技术,提高水质监测的能力,从根本上解决水库水环境监测的空间精度和广度问题。卫星遥感正是可以很好解决该方面问题的现代高科技技术。
 

  遥感监测技术的可行性
 

  卫星遥感技术是以人造卫星为平台,用高精度传感器对地表进行探测的现代高科技技术,其可以在短时间内大范围地获取地面的数据。由于在对地观测方面具有的极高的效能,该项技术近年来得到了快速发展,空间分辨率和光谱分辨率都得到了极大的提高,信息量呈几何级数增长,已广泛地应用于各个地学、社会和军事领域。
  在水质监测方面,由于受污染后,水体对电磁辐射吸收和散射性质发生改变,导致传感器接收到的反射光谱发生变化而在遥感数据中得到反映,只要建立适当的遥感反演模型,就可以根据遥感数据计算出水污染物的浓度。其原理与上述仪器分析中的光谱分析法、色谱分析法相似。环境遥感技术发展极快,在水质遥感方面,目前已可以定量反演主要的水质参数。其精度取决于采用的遥感模型,大气纠正等因素,仍有很大的提高空间。一般情况下,水质遥感结果的绝对精度偏低,但相对精度较高,如采用有限的水面监测数据进行定标,就可以使精度大大提高。
  由于遥感技术可以在极短时间内大范围地获取地面的数据,所以很方便对大范围的所有江河和水库的水质情况同时进行遥感反演,反演结果具有很好的同步性;其可视化的特点还可以很方便地反映大、中型污染源。此外,由于卫星遥感数据周期性地重复覆盖地球表面,采用遥感技术可以方便地对全省范围内所有水库的水质进行定期动态监测。
  从以上分析可知,现有的实地采样分析和自动监测等常规方法与遥感技术各有特长与不足。二者的优势具有很好的互补性。常规监测具有很高的精度,但只能反映采样点处的局部情况;遥感方法可以很好反映水质的空间分布情况。二者相结合将可以大大提高水环境监测的效能。通过常规监测进行定标可以显著提高遥感反演的精度;以遥感反演结果为基础,常规监测数据外推的客观性将得到极大地提高。二者的结合在目前的条件下将是大范围水质监测手段的最佳组合,可以较好地解决流域范围的水环境监测问题。


  水质遥感监测技术的分析


  遥感监测研究现状
  采用遥感技术进行水污染调查一直是环境遥感研究和应用的重要内容,目前已逐步走向定量化。早期水污染遥感是根据污染水域色调变化的程度来对污染情况进行定性调查[2]。现阶段多数的研究是测量各种水体的光谱特征,并用回归分析等方法建立遥感数据的某个可见光波段或波段的比值与污染浓度之间经验公式,以此来对水污染信息进行定量提取。这种方法简单易行,但对水面实测数据及其与遥感数据的同步性依赖较大。此外,该方法假定水体除反演目标外其它因素基本不变。这种假设在很多情况下无法得到满足,当水体含沙量等因素发生变化时,该方法的精度会受到显著影响。解决此问题的最好方法是建立反射光谱与污染浓度之间的物理模型,并将混浊度等主要影响因子列为变量,如此才能使遥感反演在不同情况下保持较高的精度。这方面国内外已经进行了大量的相关基础研究。Lee , Z.P.等给出了从TM数据计算各波段水吸收率的散射率的公式,M Zhang 等用TM数据计算浅海海底反射率;李炎等提出了遥感水体中悬浮泥砂含量的半经验公式。邓孺孺等在这些研究的基础之上,根据水体反射光谱产生的物理过程,建立了污染浓度与水体反射光谱之间基于一次散射的物理模型,并应用于珠江口水域的水污染信息提取,取得了较好的效果。但该模型出于简单和实用性方面的考虑,只考虑了一次散射,以避免复杂的运算,当混浊度较大、多次散射能量所占比例较高时,其精度受到影响。针对该问题,邓孺孺等进一步根据多次散射的能量组成特点,在一次散射模型的基础之上,增加考虑了二次散射的作用,使模型的精度有所提高。应用该模型可提取的参数取决于所采用遥感数据(在光学波段)的波段数,及各成分散射系数和吸收系数是否已知;而其反演精度则取决于遥感数据的质量、大气纠正精度、出水辐射反射率的计算精度,以及各水质成分散射系数和吸收系数的差异性及其测量精度等因素。
   

  

 
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