人工濕地-穩(wěn)定塘組合系統(tǒng)對污染物的去除效果

李　麗，王全金

（華東交通大學土木建筑學院，江西南昌330013）

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試驗研究

人工濕地-穩(wěn)定塘組合系統(tǒng)對污染物的去除效果

李麗，王全金

（華東交通大學土木建筑學院，江西南昌330013）

研究了200、500、1 000mm/d 3種不同水力負荷條件下人工濕地-穩(wěn)定塘組合系統(tǒng)對污水中污染物的處理效果，分析了組合系統(tǒng)的抗污染負荷能力。研究表明，水力負荷對人工濕地-穩(wěn)定塘組合系統(tǒng)處理生活污水的去除效果有較大的影響，隨著水力負荷的降低，去除率逐漸升高。CODCr、TN、NH4+-N去除率分別達到72.09%、51.68%、62.54%，組合系統(tǒng)具有較好的抗污染負荷沖擊能力，出水能保持相對穩(wěn)定。

人工濕地；穩(wěn)定塘；生活污水

人工濕地在治理污染水體中以獨特的優(yōu)勢得到廣泛關注〔1-2〕，而多級人工濕地-穩(wěn)定塘組合系統(tǒng)在充分發(fā)揮人工濕地和塘的優(yōu)點的同時，還能彌補人工濕地和塘本身的不足，在各種污水治理中具有廣闊的應用前景。組合系統(tǒng)對污染物具有更好的去除效果，較強的抗負荷能力，能適應一定的水力和污染負荷變化，達到穩(wěn)定出水〔3〕。筆者以多級人工濕地為主體，輔以穩(wěn)定塘深入研究不同水力負荷、不同污染負荷下各污染物的去除效果以及去除機理，為人工濕地-穩(wěn)定塘組合系統(tǒng)的廣泛推廣及應用提供參考，以期在污水治理中發(fā)揮作用。

1　實驗裝置與方法

1.1實驗裝置

實驗采用連續(xù)進水、連續(xù)出水的方式，工藝流程為：截留生活污水→水平潛流人工濕地→穩(wěn)定塘→市政污水管道。

水平潛流人工濕地兩級串聯(lián)，第一級長、寬、高分別為2 500、1 000、550mm，底部填充450mm、粒徑3～5mm的礫石，上部填充100mm當?shù)赝翆?；第二級長、寬、高分別為2500、1000、500mm，下部填充高400mm、粒徑3～5mm的礫石，上部填充100mm當?shù)赝翆?，池底坡度?%，孔隙率為0.45。穩(wěn)定塘長、寬、高分別為5 000、2 000、1 000mm，池底鋪200mm、粒徑10～20mm的礫石，表層鋪100mm當?shù)赝寥溃N植粉綠狐尾藻。

1.2實驗分析方法

參照《水和廢水檢測分析方法》（4版），CODCr采用快速密閉消解法，TN采用過硫酸鉀氧化-紫外分光光度法，NH4+-N采用納氏試劑分光光度法。

1.3實驗水質

水力負荷實驗以經(jīng)化糞池處理后的校園生活污水為原水，其CODCr（43.3±44.0）mg/L、TN（20.6± 7.1）mg/L、NH4+-N（16.0±7.7）mg/L；污染負荷試驗選用葡萄糖、磷酸二氫鉀、氯化銨、尿素、碳酸氫鈉以及其他少量、微量元素配水模擬不同濃度生活污水，其CODCr94.08～157.25 mg/L、TN 77.58～181.38 mg/L、NH4+-N 49.53～115.52mg/L。

2　結果與分析

2.1不同水力負荷下污染物去除效果分析

表1為不同水力負荷下組合系統(tǒng)對污染物的去除效果。

表1　不同水力負荷下CODCr、TN、NH4+-N的去除效果

研究發(fā)現(xiàn)，隨著水力負荷的逐步提高，CODCr、TN、NH4+-N去除率均逐漸下降。水力負荷為200、500、1 000mm/d時，進水平均CODCr分別為61.17、35.60、33.06 mg/L，平均去除率分別為72.09%、68.06%、64.50%，組合系統(tǒng)對CODCr具有較好的去除效果。當水力負荷（200mm/d）較低時，污水與組合系統(tǒng)內微生物群落充分接觸，大量有機物由于接觸時間充足而被降解去除，因而CODCr去除率較高。大部分不溶性有機物首先通過沉淀、過濾作用被去除，然后可溶性有機物通過附著的微生物進行降解，沉水植物塘中沉水植物在光照條件下補充增加水中DO，使有機物進行好氧分解，提高CODCr的去除率。組合系統(tǒng)中，兩級潛流人工濕地為缺氧或厭氧環(huán)境，對有機物去除不完全，硝化同反硝化微生物利用充足的碳源進行代謝，最終達到去除的目的〔4〕；大氣復氧及植物光合作用能為系統(tǒng)在生態(tài)塘的運行提供大量充足的氧氣〔5-6〕。組合系統(tǒng)內多個構筑物串聯(lián)較之單一構筑物有更明顯的厭氧-好氧環(huán)境交替作用，益于植物生長〔7〕和微生物群落代謝作用〔8〕。

水力負荷為200、500、1 000mm/d時，進水平均TN分別為22.74、21.64、17.46mg/L，平均去除率分別為51.68%、48.22%、46.82%；進水平均NH4+-N分別為18.89、16.27、12.84 mg/L，平均去除率分別為62.54%、53.53%、50.47%?？梢娊M合系統(tǒng)對TN、NH4+-N均具有較好的去除效果。

氮的去除機理包括氨揮發(fā)、硝化、反硝化、植物吸收等途徑，硝化、反硝化反應是氮去除的主要方式〔9〕。組合系統(tǒng)對NH4+-N的去除效果優(yōu)于TN，這是由于生態(tài)塘中沉水植物通過光合作用提高了水中DO含量，利于NH4+-N的硝化反應，系統(tǒng)中硝化反應速率大于反硝化速率，逐步升高了組合系統(tǒng)內NO3--N濃度而影響TN去除效果，從而出現(xiàn)NH4+-N的出水效果更好。潛流人工濕地不利于反硝化細菌的代謝活動，反硝化反應速率降低，同時隨著COD的去除使得碳源匱乏，碳氮比降低也抑制反硝化作用〔10〕。構筑物內相對缺氧，環(huán)境條件導致濕地內硝化反應過程不完全，NO2--N濃度升高，進入生態(tài)塘后，塘內良好的復氧環(huán)境為硝化、反硝化反應提供充足的溶解氧供給，NO2--N濃度得到逐步降低。水力負荷為500、1 000mm/d時，潛流濕地中較高的溶解氧通過氧化來降低污水中NO2--N，隨污水沿流程的深入，DO被逐漸消耗。

2.2不同污染負荷下污染物去除效果分析

圖1為不同污染負荷下，組合系統(tǒng)對污染物的去除效果。

圖1　COD、TN、NH3-N 濃度變化及去除率

由圖1可知，組合系統(tǒng)對有機物的抗污染負荷能力較強，當進水CODCr為94.08～157.25mg/L、TN為77.58～181.38mg/L、NH4+-N為49.53～115.52mg/L時，出水CODCr為40.32～64.59mg/L、TN為29.79～62.19mg/L、NH4+-N為19.44～58.18mg/L。對各組數(shù)值進行標準差分析，進水中CODCr變化標準差為18.8 mg/L、TN變化標準差為32.7 mg/L、NH4+-N變化標準差為21.2mg/L；出水中CODCr變化標準差為8.2mg/L、TN變化標準差為11.5mg/L、NH4+-N變化標準差為12.3mg/L。

人工濕地-生態(tài)塘組合系統(tǒng)對CODCr、TN、NH4+-N均有較好的抗沖擊負荷能力，進水相對于出水中污染物濃度標準偏差較高，經(jīng)系統(tǒng)處理后偏差明顯縮小，水質變化波動趨于平緩。從圖1和計算數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，TN比NH4+-N出水濃度變化標準差降低幅度更為顯著，表明人工濕地-塘組合系統(tǒng)對TN的耐沖擊負荷優(yōu)于NH4+-N。

有機物的去除機理相對簡單，不溶性有機物的去除主要包括生態(tài)塘的沉降及潛流人工濕地基質攔截，溶解性有機物的去除主要包括微生物降解及植物吸收、吸附作用。氮的去除包括沉淀、過濾、填料吸附聚集、植物吸收轉化、微生物群落硝化和反硝化作用、污染物質形態(tài)的轉化等。其中在以人工濕地為主體的生態(tài)污水處理系統(tǒng)中占除氮作用主導地位的是硝化和反硝化作用〔11-13〕。人工濕地-生態(tài)塘組合系統(tǒng)有較好的復氧環(huán)境，好氧微生物代謝活動提高，通過硝化、反硝化作用的循環(huán)，組合系統(tǒng)完成了對污染物的去除，污染負荷變化時，組合系統(tǒng)具體的反應流程組成有應激性的改變，這種以流程的改變應對污染負荷變化的方式，組合系統(tǒng)可以實現(xiàn)通過不同的方式高效去除污染物，同時減弱了進水污染物濃度波動的影響，充分保證了出水水質的改善和穩(wěn)定性。

3　結論

（1）水力負荷對CODCr、TN、NH4+-N 3種污染物質的去除效果均有影響，隨著水力負荷不斷提高，去除率均逐漸下降。水力負荷為200、500、1 000mm/d時，平均CODCr去除率分別為72.09%、68.06%、64.50%，平均TN去除率分別為51.68%、48.22%、46.82%，平均NH4+-N去除率分別為62.54%、53.53%、50.47%，均具有較好的去除效果。

（2）潛流人工濕地-生態(tài)塘組合系統(tǒng)有較好的抗污染負荷能力，當進水中CODCr、TN、NH4+-N濃度有一定變化時出水能保持相對穩(wěn)定。對各組數(shù)值進行標準差分析，進出水CODCr變化標準差分別為18.8、8.2mg/L；進出水TN變化標準差分別為32.7、11.5mg/L；進出水NH4+-N變化標準差分別為21.2、12.3mg/L。

［1］朱平，王全金，宋嘉駿.人工濕地-沉水植物塘組合系統(tǒng)治理村鎮(zhèn)污染水體［J］.環(huán)境污染與防治，2014，36（4）：17-21.

［2］鐘林，鄭蕾，丁愛中，等.人工濕地在我國污染河水治理中的應用及去除效果統(tǒng)計分析［J］.北京師范大學學報：自然科學版，2012，48（1）：66-73.

［3］王全金，朱平，宋嘉駿.不同水力負荷下人工濕地-穩(wěn)定塘組合系統(tǒng)的凈化效果［J］.環(huán)境工程，2014，32（11）：37-40.

［4］Iranpour R，Zhao Ji，Wang Aijie，etal.Effectof nitrate on sulphur transformations depending on carbon load in Laboratory：ScaleWetlands Treating Artificial Sewage［J］.Advanced Materials Research，2012，518：1902-1912.

［5］黃玲，張維亞，何緒文.鋼渣-灰?guī)r人工濕地去除糞便污水中的有機物［J］.水處理技術，2011，37（6）：102-105.

［6］Ye Jianfeng，Wang Liang，LiDan，etal.Vertical oxygen distribution trend and oxygen sourceanalysis forvertical-flow constructedwetlands treating domesticwastewater［J］.Ecological Engineering，2012，41：8-12.

［7］Stottmeister U，Wie?ner A，Kuschk P，etal.Effectsofplantsandmicroorganisms in constructed wetlands for wastewater treatment［J］. Biotechnology Advances，2003，22（1/2）：93-117.

［8］Sun Jingmei，LiYang，LiZhijie，etal.Experimentalstudy on purifica-tion ofmicro-polluted water in northern area by vertical flow constructed wetland［J］.Ecology and Environmental Sciences，2012，21（10）：1711-1716.

［9］趙豐，張勇，黃民生，等.水生植物浮床對城市污染水體的凈化效果研究［J］.華東師范大學學報：自然科學版，2011（6）：57-64.

［10］呂濤，吳樹彪，柳明慧，等.潮汐流及水平潛流人工濕地污水處理效果比較研究［J］.農業(yè)環(huán)境科學學報，2013，32（8）：1618-1624.

［11］王健.表面流人工濕地污水處理技術應用探討［J］.安徽建筑工業(yè)學院學報：自然科學版，2010，18（4）：51-55.

［12］楊長明，馬銳，汪盟盟，等.潛流人工濕地對污水廠尾水中有機物去除效果［J］.同濟大學學報：自然科學版，2012，40（8）：1210-1216.

［13］宋嘉駿，王全金，朱平，等.2級潛流濕地—塘組合系統(tǒng)校園污水除氮實驗［J］.水處理技術，2014，40（7）：85-88.

Removing effects ofpollutants by
constructed wetland-stabilization pond combined system

Li Li，Wang Quanjin
（SchoolofCivil Engineeringand Architecture，EastChina Jiaotong University，Nanchang330013，China）

The effects of the combined system，constructed wetland-stabilization pond on the removal of pollutants from sewage under three kinds of hydraulic loads（200，500，and 1 000 mm/d，respectively）conditions have been studied，and the anti-pollution load capacity of the combined system analyzed.The results show thathydraulic loads have great influence on the removing capacity of the combined system，constructed wetland-stabilization pond，for treating domestic sewage.With the decrease of hydraulic load，the removing rate increases gradually.The removing rates of CODCr、TN、and NH4+-N can reach 72.09%，51.68%，and 62.54%，respectively.The combined system has pretty good capacitiesofanti-pollution load and shock resistance.Theeffluence remains relatively stable.

constructed wetland；stabilization pond；domestic sewage

X703.1

A

1005-829X（2016）07-0022-04

國家自然科學基金（51169006）；華東交通大學振動與噪聲重點實驗室資助（14TM01）

李麗（1979—），講師。電話：13870057637，E-mail：358701153@qq.com。

2016-03-24（修改稿）