潜流人工湿地去除效果研究

第３７卷第５期　２０１２年５月　环境科学与管理　ＥＮⅥＲｏＮＭＥＮＴＡＬ　ＳＣⅢＮＣＥ　ＡＮＤ　ＭＡＮＡＧＥＭＥＮＴ　Ｖ０１．３７　Ｎｏ．５　Ｍａｙ　２０１２　文章编号：１６７４－６１３９【２０１２）０５－００７２－０３　潜流人工湿地去除效果研究　孔庆玲，李科林　（中南林业科技大学环境工程研究所，湖南长沙４１０００４）　摘要：在连续运行条件下，采用水平潜流人工湿地净化低浓度的生活污水，考察了其净化效果。结果表明，该　系统能够有效的降低生活污水中的ＣＯＤ、ＴＮ、ＴＰ，适合于城镇生活污水的处理。在０．１、０．２　ｍ　／（ｍ　・ｄ）的水　力负荷条件下，系统较容易出现死水区；＂３　０．３－　ｍ　／（ｍ　・ｄ）的水力负荷条件下，水流呈推流状态，有效容积和　水力效率得到提高，去除率分别为９０．３％、８６．６％和９６．７％。试验表明，适当增加水力负荷，有利于污染物的　去除。　关键词：人工湿地；生活污水；水力负荷　中图分类号：Ｘ７０３　文献标识码：Ａ　Ｓｔｕｄｙ　ｏｎ　Ｔｒｅａｔｍｅｎｔ　Ｅｆｉｃｉｆｅｎｃｙ　ｏｆ　Ｓｕｂｓｕｒｆａｃｅ　Ｆｌｏｗ　Ａｒｔｉｆｉｃｉａｌ　Ｗｅｔｌａｎｄ　Ｋｏｎｇ　Ｑｉｎｇｌｉｎｇ，Ｌｉ　Ｋｅｌｉｎ　（Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ，Ｃｅｎｔｒａｌ　Ｓｏｕｔｈ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　ｏｆ　Ｆｏｒｅｓｔｒｙ　ａｎｄ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｃｈａｎｇｓｈａ　４１０００４，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ　ｓｕｂｓｕｒｆａｃｅ　ｆｌｏｗ　ａｒｔｉｉｆｃｉａ１　ｗｅｔｌａｎｄ　ｕｎｄｅｒ　ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ—ｆｌｏｗ　ｏｐｅｒａｔｉｏｎ　ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ　ｗａｓ　ｕｓｅｄ　ｆｏｒ　ｐｕｒｌｌｙｉｎｇ　１ＯＷ　ｃｏｎ．　ｅｅｎｔｒａｔｉｏｎ　ｄｏｍｅｓｔｉｃ　ｓｅｗａｇｅ．Ｔｈｅ　ｐｕｒｉｉｆｃａｔｉｏｎ　ｅｆｉｃｉｆｅｎｃｙ　ａｎｄ　ｉｎｆｌｕｅｎｃｉｎｇ　ｆａｃｔｏｒｓ　ｗｅｒｅ　ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅｄ．Ｔｈｅ　ｒｅｓｕｌｔｓ　ｓｈｏｗ　ｔｈａｔ　ｔｈｅ　ｓｙｓｔｅｍ　ｗｈｉｃｈ　ｉｓ　ｓｕｉｔａｂｌｅ　ｆｏｒ　ｕｒｂａｎ　ｄｏｍｅｓｔｉｃ　ｓｅｗａｇｅ　ｔｒｅａｔｍｅｎｔ　ｃａｎ　ｒｅｍｏｖｅ　ｔｈｅ　ｏｒｇａｎｉｃ　ｓｕｂｓｔａｎｃｅ，ｎｉｔｒｏｇｅｎ　ａｎｄ　ｐｈｏｓｐｈｏｒｕｓ．Ｕｎｄｅｒ　ｈｙｄｒａｕ—　ｌｉｃ　ｌｏａｄ　ｏｆ　０．３　ｍ　／（ｍ　・ｄ），ｔｈｅ　ｒｅｍｏｖａｌ　ｒａｔｅｓ　ｏｆ　ＣＯＤ，ＴＮ　ａｎｄ　ＴＰ　ａｒｅ　９０．３％，８６．６％ａｎｄ　９６．７％，ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ．Ｔｈｅ　ｗａｔｅｒ　ｌｆｏｗ　ｉｓ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｐｌｕｇ—ｆｌｏｗ　ｓｔａｔｅ　ａｎｄ　ｃａｎ　ｏｂｔａｉｎ　ｈｉｇｈｅｒ　ｅｆｆｅｃｔｉｖｅ　ｃａｐａｃｉｔｙ　ａｎｄ　ｆｌｏｗ　ｒａｔｅ　ｃｏｍｐａｒｉｎｇ　ｗｉｔｈ　ｔｈｅ　ｈｙｄｒａｕｌｉｃ　ｌｏａｄ　ｏｆ　０．１，０．２　ｍ　／（ｍ　・ｄ）ｗｈｅｎ　ｄｅａｄ　ｚｏｎｅｓ　ｅａｓｉｌｙ　ａｐｐｅａｒｅｄ．Ｉｎｃｒｅａｓｉｎｇ　ｔｈｅ　ｈｙｄｒａｕｌｉｃ　ｌｏａｄ　ｉｓ　ｂｅｎｅｆｉｃｉａｌ　ｔｏ　ｃｏｎｔａｍｉｎａｔｉｏｎ　ｒｅｍｏｖａ１．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ａｒｔｉｉｃｉｆａｌ　ｗｅｔｌａｎｄ；ｄｏｍｅｓｔｉｃ　ｓｅｗａｇｅ；ｈｙｄｒａｕｌｉｃ　ｌｏａｄ　人工湿地（Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｅｄ　ｗｅｔｌａｎｄ）是模拟自然湿　地的人工生态系统，是由人工模拟自然湿地建造和　监督控制的，由土壤一植物一微生物形成的生态系　统，利用生态系统中的物理、化学和生物的直接和协　同作用，通过过滤、吸附、沉淀、离子交换、植物吸收　不高、能源短缺、技术相对缺乏的地区＿２　Ｊ。　根据王世和等指出水力负荷是影响人工湿地运　行的三大要素之一　３　，将会影响水力效率和水体流　态＿４　。水力效率综合反映了湿地内部水流的状态　以及污染物在湿地内部的转移输送、停留时间及被　和微生物降解来实现对污水的高效净化处理的一种　新型的污水处理技术¨　。　人工湿地作为近２Ｏ年来发展的较为新兴的一　降解能力　Ｊ。在实际中存在一个最佳值，努力营造　植物根际充分发展、保证较高生物浓度和一定的好　氧微生物的外部环境，使污染物达到较高的去除率。　对水力条件的探讨对人工湿地技术的开发和推广应　用，对实际工程运行管理有十分重要的意义。　种污水处理技术，因其投资少、效果好、管理方便简　单，去污效果好等优点，在世界范围内迅速发展，得　到了广泛的应用，特别适用地理条件比较宽裕的广　大农村、中小城镇的污水处理，尤其是经济发展水平　１材料与方法　１．１实验装置　收稿日期：２０１１—１２一Ｏ６　作者简介：孔庆玲（１９８７一），女，安徽滁州人，硕士研究生，研究方向　人工湿地池体长２　ｍ，宽１　１ＴＩ，高０．６５　ｍ；污水　经布水区进入处理区，由集水区排出，并在装置底部　水污染控制。　通讯联系人：李科林　．设置排空管。为了保证布水均匀性，采用ＰＶＣ穿孔　７２・　２０１２年５月　第３７卷第５期　孔庆玲等・潜流人工湿地去除效果研究　Ｖ０ｌＪ　３７　Ｎｏ．５　Ｍａｖ　２０１２　布水，布水管、集水管长８０　ｅｍ，均匀分布６个穿水　孔，孔径为０．５　ｃｍ；布水区、集水区宽为０．１　ｍ左右，　填充直径为１～５　ｅｍ的碎石。为了最大效率的使用　系统填料，采用高位出水，出水口高０．６　ｍ。处理区　填料分为３层，由下至上，依次填充１０　ｅｍ碎石、２５　ｃｍ红壤、２５　ｅｍ蛭石，上部种植挺水植物德国鸢尾；　在床体的１／３、２／３处分别设置挡板，挡板长度为６５　ｅｍ，并在高度为３０　ｅｍ处设置与挡板对应的采样点，　分别记为１＃、２＃采样点和３＃出水口采样点。人工湿　地示意图见图１。　１　出　进　水　水　口　口　３　２　图１人工湿地试验装置　１．２试验用水　为了便于控制进水条件和理论分析，试验采用　人工配水模拟生活污水，配制方法见表１，得到污水　ＣＯＤ、ＴＮ、ＴＰ分别为２０３、２４．６、１．９８　ｍｇ／ｌ。进水方　式采用连续进水。　表１模拟生活污水组成　１．３试验方法　每次试验开始前，需先将装置中原有污水排尽，　再连续４８小时进自来水，再次排空，以便洗清装置　内残余的污染物，影响下次试验。使用恒流泵控制　水力负荷为０．１、０．２、０．３　ｍ　／（ｍ。・ｄ）。试验期间　温度为１５℃一２５℃。　２结果与分析　２．１对ＣＯＤ的去除效果　不同水力负荷下，湿地系统各个采样点ＣＯＤ去　除情况见图２。　１００％　８０％　褂６０％　４０％　２０％　Ｏ％　Ｏ．１　０．２　０．３　水力负荷（ｍ３・ｍ－ｚ・ｄ　）　图２不同水力负荷下对ＣＯＤ的去除效果　试验结果表明，当水力负荷分别为０．１、０．２、　０．３　ｍ　／（ｍ　・ｄ）时，系统平均出水ＣＯＤ分别为　１５．６、２４．８和１９．７　ｍｇ／Ｌ，对ＣＯＤ的平均去除率分　别为９３．３％、８５．８％和９０．３％。三种水力负荷下的　出水ＣＯＤ均远远低于《城镇污水处理厂污染物排放　标准》（ＧＢ１８９１８—２００２）中的一级Ａ标准限值（５０　ｍｇ／Ｌ），表明该系统对城镇生活污水的ＣＯＤ有较好　的去除效果，且具有一定的抗冲击负荷能力，在进水　流量不断增大的情况下，出水水质仍可保持稳定。　同时发现，由于该系统采用高水位出水，难免出　现死水区，当水力负荷较低时，出水水质有稍微下降　的趋势。当水力负荷为０．３　ｍ　／（ｒｎ　・ｄ）时，水中　ＣＯＤ明显逐渐下降，水流明显呈推流状态。说明，　适当的增大水力负荷，可以在一定程度上改善人工　湿地死水区的现象，使床体充分发挥作用。　２．２对ＴＮ的去除效果　不同水力负荷下，湿地系统各个采样点ＴＮ去　除情况见图３。　１００％　８０％　錾６ｏ％　４０％　２０％　０％　０．１　０．２　０．３　水力负荷（ｍ３・ｍ－。・ｄ　）　图３不同水力负荷下对ＴＮ的去除效果　由图３可知，当水力负荷分别为０．１、０．２、０．３　ｉｎ　／（ｉｎ　・ｄ）时，系统出水的平均总氮浓度分别为　１．３７、３．１３和３．３１　ｍｇ／Ｌ，对总氮的平均去除率分别　为９４．４３％、８７．２７％和８６．６％，去除效果随水力负　荷的增加而明显下降，这表明水力负荷对该湿地系　统去除总氮的影响较大。由于湿地系统对总氮的去　・７３・　２０１２年５月　第３７卷第５期　孔庆玲等・潜流人工湿地去除效果研究　Ｖ０ｌＪ　３７　Ｎｏ．５　Ｍａｖ　２０１２　除途径主要是微生物的硝化和反硝化作用ｕ　Ｊ，而硝　僻　６化细菌的世代时间平均在ｌ０小时以上。水力负荷　远低于《城镇污水处理厂污染物排放标准》　（ＧＢ１８９１８—２００２）中的一级Ａ标准限值，对污水有　％　∞　－％　。　∞　们　加　０　％　％　％　％　越小，水力停留时问就越长，微生物的硝化反硝化作　用就越完全，脱氮效果就越好。但水力负荷对该湿　地系统去除氨氮的影响不大。　２．３对ＴＰ的去除效果　不同水力负荷下，湿地系统各个采样点ＴＰ去除　情况见图４。　０．１　０．２　０．３　水力负荷（ｍ３・１１１－２・ｄ－１）　图４不同水力负荷下对ＴＰ的去除效果　当水力负荷分别为０．１、０．２、０．３　ｍ。／（ｍ　・ｄ）　时，系统出水的平均总磷浓度分别为０．１３、０．０５和　０．０７　ｍｇ／Ｌ，对总氮的平均去除率分别为９３．５％、　９７．７％和９６．７％，去磷效率高，远远高于一般系统　的去除率，去除效果随水力负荷的增加而变化不明　显，这表明水力负荷对该湿地系统去除总氮的影响　较小。湿地对磷的去除途径主要为基质的物理化学　作用　，基本上不受水力负荷的影响；另外一部分　靠植物的吸收和微生物的同化作用和聚磷菌的过量　摄取磷。该系统总磷去除率较高，可能是因为红壤　富含Ｆｅ¨、Ａｌ¨，且比表面积较大，使得Ｆｅ¨、Ａｌ¨　与磷酸根离子充分接触，形成络合物而沉淀下　来＿８　Ｊ。而种植的德国鸢尾生处于生长期，与基质、　微生物的作用有机结合在一起，从而达到高效的去　除效率。　３　结论　水力负荷分别为０．１、０．２、０．３　ｍ。／（ｍ　・ｄ）时，　系统对污水中的ＣＯＤ、ＴＮ、ＴＰ去除率皆较好，均远　・７４・　较好的去除效率，特别是总氮、总磷的去除率高于一　般人工湿地系统去除效果，且可以抵抗一定的水力　冲击负荷。　水力负荷为０．１、０．２　ｍ　／（ｍ　・ｄ）时，去除率较　高，但容易产生死水区，且无法充分发挥床体的去污　效果。当水力负荷为０．２　ｍ　／（ｍ　・ｄ）时，水流速变　快，推流作用增强，水流静态扩散作用减弱，系统中　死水现象得到改善，增大了有效容积和水力效率，污　染物浓度有明显的梯度变化，这对污染物去除有利。　可见，适当增加水力负荷，可改善水体流态，增　强推流作用，有利于污染物的去除。　综上所述，选取水力负荷为０．３　ｍ　／（ｍ　・ｄ）作　为较优的水力负荷。但该系统的水力效率仍有提高　的潜力，可进一步进行探讨研究。　参考文献：　［１］成水平．人工湿地废水处理系统的生物学基础研究　进展［Ｊ］．湖泊科学，１９９６，８（３）：２６８—２７２．　［２］Ｃｈｅｎ　ＴＹ，Ｋａｏ　Ｃ　Ｍ，Ｙｅｈ　Ｔ　Ｙ，ｅｔ　ａ１．Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ｏｆ　ａ　ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｅｄ　ｗｅｔｌａｎｄｄ　ｆｏｒ　ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ　ｗａｓｔｅｗａｔｅｒ　ｔｒｅａｔｍｅｎｔ：Ａ　ｐｉｌｏｔ　—ｓｃａｌｅ　ｓｔｕｄｙ［Ｊ］．Ｃｈｅｍｏｓｐｈｅｒｅ，２００６，６４（３）：４９７—５０２．　［３］王世和，王薇，俞燕，等．水力条件对人工湿地处理　效果的影响［Ｊ］．东南大学学报，２００３，３３（３）：３５９—３６２．　［４］付贵萍，吴振斌，任明迅，等．复合垂直流湿地反应　动力学及水流流态的研究［Ｊ］．中国环境科学，２００１，２１（６）：　５３５—５３９．　［５］Ｈｏｌｌａｎｄ　Ｊ，Ｍａｒｔｉｎ　Ｊ，Ｇｒａｎａｔａ　Ｔ，ｅｔ　ａ１．Ｅｆｆｅｃｔｓ　ｏｆ　ｗｅｔ—　ｌａｎｄ　ｄｅｐｔｈ　ａｎｄ　ｆｌｏｗ　ｒａｔｅ　ｏｎ　ｒｅｓｉｄｅｎｃｅ　ｔｉｍｅ　ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅ　ｏｎ　ｃｈａｒａｃ－　ｔｅｒ—ｒｉｓｔｉｃｓ［Ｊ］．Ｅｃｏｌｏｇ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