校園人工濕地科教基地建設(shè)及研究

王 林,李紅梅,吳獻花,王紀愛

(1.玉溪師范學院,云南玉溪 651400,2.云南大學,云南昆明 650092)

校園人工濕地科教基地建設(shè)及研究

王 林1,李紅梅1,吳獻花1,王紀愛2

(1.玉溪師范學院,云南玉溪 651400,2.云南大學,云南昆明 650092)

2006年課題組在校園內(nèi)組建了一套復(fù)合人工濕地實驗系統(tǒng),用于處理學生宿舍的部分生活污水,開展人工濕地凈化水質(zhì)的研究。經(jīng)過 3a的追蹤分析測試,使學生掌握了人工濕地的工藝設(shè)計及凈化機理,取得了較好的研究成果和教學效果,為學校搭建了一個科教平臺,促進了教學與科研的同步發(fā)展。

人工濕地;科教基地;校園;建設(shè);研究

1 研究內(nèi)容和方法

1.1 復(fù)合性人工濕地復(fù)合工藝設(shè)計

本項研究利用校內(nèi)自然地形及自然落差,組合設(shè)計復(fù)合技術(shù)工藝,指導(dǎo)學生開展人工濕地凈化校園生活廢水的研究,工藝見圖 1。

表 1 復(fù)合生態(tài)床污染控制工程主要構(gòu)筑物參數(shù)表

1.2 工藝設(shè)計的主要技術(shù)參數(shù)

(1)主要構(gòu)筑物參數(shù):實驗基地占地面積8.56m2,有效容積 6.38m3,水力負荷 0.23m3/m2·d,停留時間 73.5h,處理能力 1.98m3/d。可處理 20～30人 /d生活污水。各單元設(shè)計參數(shù)見表 1。

(2)濕地系統(tǒng)土建總投資 0.57萬元,系統(tǒng)運行不消耗動能,污水進出設(shè)計利用自然高差自流。

1.3 研究內(nèi)容

(1)建立校園人工濕地處理系統(tǒng),測試濕地系統(tǒng)對學生宿舍生活污水正磷酸鹽污染物的凈化效能。

(2)針對各單元設(shè)計的人工基質(zhì),研究不同基質(zhì)對污水的凈化機理。

(3)建立校園科研教學實驗基地,為學生提供實習研究的平臺,將科研引入教學,樹立 “科研育人”的理念。

1.4 研究方法

(1)研究時間及采樣點布設(shè)。實驗系統(tǒng)于2006年 7月 28日開始修建,2006年 8月 14日竣工,2006年 8月 14日下午開始進水,2006年 8月22日種植濕地植物,運行時間 2006年 8月～2008年 10月。監(jiān)測點布設(shè)于各污水處理單元的污水出入口處。

(2)采樣頻率和分析方法。2006年監(jiān)測了 2個月,2007年及 2008年分別監(jiān)測了 3個月,每月監(jiān)測 3次,即上、中、下旬。分析方法采用國家環(huán)?？偩炙蛷U水監(jiān)測分析方法編委會編寫的《水和廢水監(jiān)測分析方法》[3]。

2 研究結(jié)果

2.1 系統(tǒng)對水質(zhì)凈化測試結(jié)果

該污水處理系統(tǒng)利用人工碎石床—微生物—水生植物的吸附、吸收、降解、轉(zhuǎn)化等機理,建立以厭氧消解池、氧化塘、潛流人工濕地、表流人工濕地和潛流人工濕地組成的污水處理單元,對校園生活污水進行凈化處理。經(jīng)過 3a的跟蹤分析測試,各處理單元床的水質(zhì)污染物平均濃度及總?cè)コЧ姳?2。

表 2 濕地處理系統(tǒng)凈化效果分析 (mg/L)

2.2 系統(tǒng)對主要污染物凈化效果分析

2.2.1 氮凈化效果分析

經(jīng)測試分析生活污水中的氮主要以氨氮和硝酸鹽氮的形態(tài)存在,經(jīng)濕地系統(tǒng)物化、生化、植物吸收等作用,氮營養(yǎng)元素得到降解[1],水體中各種形態(tài)的氮濃度逐漸下降,處理效果最好的是潛流濕地及表流濕地,詳見圖 2。

2.2.2 CODCr凈化效果分析

從整個系統(tǒng)對 CODCr處理效果看,厭氧消解池的處理效果比較好,經(jīng)厭氧消解處理后 30%CODCr得到降解,后幾級濕地系統(tǒng)的處理效果在 15%左右,系統(tǒng)對 CODCr總?cè)コ蔬_ 67%,詳見圖 3。

2.2.3 磷凈化效果分析

系統(tǒng)各單元對廢水中總磷、正磷酸鹽的處理是經(jīng)生物的吸收、吸附而降解的[2],氧化塘、潛流及表流濕地對磷的去除效果都較好。經(jīng)監(jiān)測對正磷酸鹽的凈化效果比對總磷的凈化效果高 17%,表明系統(tǒng)對正磷酸鹽的凈化功能更強,原因是正磷酸鹽更容易被生物吸收轉(zhuǎn)化,詳見圖 4。

2.3 校園實驗基地的 “科研育人”成效

該實驗基地建設(shè),為校園師生提供了教學研究平臺,使學生得以了解并掌握濕地系統(tǒng)的設(shè)計、建造,濕地植物的優(yōu)化選擇,處理系統(tǒng)水質(zhì)的監(jiān)測分析等技能,各單元對污水凈化機理等實驗研究,把科研與教學有機結(jié)合,實現(xiàn)了科研與教學間的良性互動,是“科研育人”理念的成功實踐。學生在實際活動中掌握了扎實的專業(yè)知識,奠定了堅實的理論基礎(chǔ)。

該基地到目前已培養(yǎng)出 3批學生,指導(dǎo)學生畢業(yè)論文 29篇,課題教師在國內(nèi)核心期刊發(fā)表論文8篇,參加國家級學術(shù)交流 8人次。形成了理論與實踐直觀教育模式,并可持續(xù)運用于課題的拓展及學生能力培養(yǎng)。

3 研究結(jié)論

3a的實驗研究結(jié)果表明:該復(fù)合系統(tǒng)各單元床之間具有較強的互助和互補性,對 SS、CODCr、正磷酸鹽的平均去除率分別達 71%、67%、48%、43%、60%、45%、41%、58%,處理后的水可用于澆灌校園花草樹木。

該校園實驗基地建設(shè)為師生提供了教學研究平臺,創(chuàng)建了理論與實踐直觀教育模式。這種小型的濕地組合工藝適用于分散小型村莊生活污水處理,處理后的水用于農(nóng)灌。該組合工藝投資小,利用自然地形實現(xiàn)自流,不耗能,具有很好的實用價值。

[1]陳源高,李文朝,李蔭璽,等.云南撫仙湖窯泥溝復(fù)合濕地的除氮效果 [J].湖泊科學,2004,16(4).

[2]豆俊鋒,羅固源,劉翔.生物除磷過程厭氧釋磷的代謝機理及其動力學分析 [J].環(huán)境科學學報,2005,25(9).

[3]國家環(huán)保總局.水和廢水監(jiān)測分析方法 (第四版) [M].北京:中國環(huán)境科學出版社,2002.

Research of Educational and Scientific Base of ConstructedW etland in Campus

WANGLin1,L IHong-mei1,WU Xian-hua1,WANG Ji-ai2
(1.YuxiNormal College,Yuxi Yunnan 651400 China)

A set of experiment system of complex constructed wetland was built in the campus in 2006,which was applied to treat a part of wastewater of students’dormitory as one platform for the research on purifying mechanism of the wetland.Through three-year’s practical analysis of the wetland,the students have mastered the engineering design and learned the purifying mechanism of constructed wetland,which helps us to build a platform for education and research to improve the development of education and scientific research for the students to achieving excellent research experiences.

constructed wetland;base for science and education;campus;construct;research

X192

A

1673-9655(2010)02-0009-03

2009-11-11