利用有機(jī)覆蓋物處理的人工濕地外排焦化廢水研究

魏 巍, 徐元崇， 楊國(guó)英, 王 倩, 劉 潔, 趙言文

(南京農(nóng)業(yè)大學(xué) 資源與環(huán)境科學(xué)學(xué)院, 江蘇 南京 210095)

利用有機(jī)覆蓋物處理的人工濕地外排焦化廢水研究

魏 巍, 徐元崇， 楊國(guó)英, 王 倩, 劉 潔, 趙言文

(南京農(nóng)業(yè)大學(xué) 資源與環(huán)境科學(xué)學(xué)院, 江蘇 南京 210095)

[目的] 為進(jìn)一步降低污染物濃度，提高鋼鐵企業(yè)水資源循環(huán)利用率。[方法] 采用水平潛流人工濕地處理外排焦化廢水，通過(guò)監(jiān)測(cè)分析進(jìn)出水中濁度、化學(xué)需氧量(COD)，總氮(TN)和總磷(TP)含量，探討冬季人工濕地植物層不添加及添加有機(jī)覆蓋物對(duì)鋼鐵企業(yè)外排焦化廢水凈化水平的影響。[結(jié)果] 在低溫季節(jié)，水力停留時(shí)間為5 d時(shí)，不添加有機(jī)覆蓋物人工濕地對(duì)外排焦化廢水濁度，COD，TN和TP的平均去除率分別為68.55%，14.94%，14.20%和71.26%；添加有機(jī)覆蓋物人工濕地對(duì)外排焦化廢水濁度、COD，TN和TP的平均去除率分別為72.54%，21.62%，20.50%和71.88%；有機(jī)覆蓋膜的保溫作用使得COD去除率升幅達(dá)44.68%，TN去除率升幅達(dá)44.45%。[結(jié)論] 在植物層添加有機(jī)覆蓋物作為保溫材料，可以提高人工濕地在低溫條件下的凈化效率。

水平潛流; 人工濕地; 冬季運(yùn)行; 有機(jī)覆蓋物; 外排焦化廢水

文獻(xiàn)參數(shù)： 魏巍, 徐元崇，楊國(guó)英, 等.利用有機(jī)覆蓋物處理的人工濕地外排焦化廢水研究[J].水土保持通報(bào)，2017,37(1)：017-022.DOI:10.13961/j.cnki.stbctb.2017.01.003; Wei Wei, Xu Yuanchong, Yang Guoying et al. A Study on treatment of discharged coking wastewater by constructed wetlands using organic mulches[J]. Bulletin of Soil and Water Conservation, 2017,37(1)：017-022.DOI:10.13961/j.cnki.stbctb.2017.01.003

焦化廢水是煤制焦炭、焦?fàn)t煤氣凈化及焦化產(chǎn)品精制回收過(guò)程中產(chǎn)生的廢水的總稱，是目前鋼鐵生產(chǎn)行業(yè)較難處理的工業(yè)廢水之一。中國(guó)是世界鋼鐵生產(chǎn)的第一大國(guó)，焦炭是鋼鐵煉制過(guò)程中不可缺少的原料。近年來(lái)，隨著國(guó)內(nèi)鋼鐵工業(yè)、焦炭行業(yè)的迅猛發(fā)展，焦化廢水的排放量也逐年增加。焦化廢水成分復(fù)雜，其含有的污染物濃度高、毒性大。除含有高濃度的氨氮、氰化物、硫化物、氟化物等無(wú)機(jī)污染物外，還含有大量的酚類化合物、多環(huán)芳香族化合物(PAHs)及含氮、氧、硫的雜環(huán)有機(jī)化合物[1]，焦化廢水對(duì)環(huán)境的危害不容忽視。目前，國(guó)內(nèi)外針對(duì)焦化廢水深度處理技術(shù)開(kāi)展的研究較多，主要集中于一些物理和化學(xué)處理技術(shù)，包括混凝沉淀、吸附、鐵炭微電解、高級(jí)氧化和膜分離技術(shù)[2-3]。為加強(qiáng)企業(yè)水循環(huán)利用率，需要對(duì)焦化廢水進(jìn)行深度處理。高級(jí)氧化和膜分離技術(shù)投資較高、能耗較大，難以在工程上規(guī)模應(yīng)用。

人工濕地作為一種污水生態(tài)處理技術(shù)，具有維護(hù)簡(jiǎn)單、運(yùn)行費(fèi)用低、抗沖擊負(fù)荷能力強(qiáng)和環(huán)境友好等優(yōu)點(diǎn)[4]，近年來(lái)該技術(shù)逐漸應(yīng)用于工業(yè)廢水處理[5]。人工濕地通過(guò)植物、填料和微生物這個(gè)復(fù)合生態(tài)系統(tǒng)的物理、化學(xué)和生物的三重協(xié)同作用，實(shí)現(xiàn)對(duì)污水的凈化。人工濕地在實(shí)地運(yùn)行過(guò)程中，其運(yùn)行效率不僅受到濕地本身構(gòu)成各因素的影響，還會(huì)隨著水力負(fù)荷、氣溫條件及污染水平的改變而產(chǎn)生較大的差異，其中氣溫是一個(gè)相當(dāng)重要的因素。張建等[6]研究了冬季潛流式人工濕地對(duì)污染河水的處理效果，人工濕地在采取地膜覆蓋保溫措施后，NH3-N平均去除率由29.4%上升至67.6%；COD平均去除率由29.0%提高到46.6%；系統(tǒng)溫度比無(wú)地膜覆蓋的高；微生物的活性顯著提高。采取保溫措施后人工濕地的運(yùn)行成本會(huì)增加，保溫措施使用不當(dāng)還會(huì)產(chǎn)生二次污染。目前，對(duì)于人工濕地保溫措施的研究主要集中于不同覆蓋層的設(shè)計(jì)，常用的覆蓋層有炭化后的蘆葦屑、塑料地膜及空氣層加冰層等，針對(duì)有機(jī)覆蓋物在人工濕地中的研究以及凈化機(jī)理研究則較少報(bào)道。

有機(jī)覆蓋物是利用各種有機(jī)生物質(zhì)材料通過(guò)粉碎、加工處理后鋪設(shè)于栽植的植物周圍，起到保濕、保溫、除雜、促生等作用[7]。有機(jī)覆蓋物的材料十分廣泛，包括稻稈、麥稈等農(nóng)業(yè)生物質(zhì)和碎樹(shù)皮、木片、粉碎枝葉、松針、鋸木屑、果殼等林業(yè)生物質(zhì)。在寒冷的冬季，有機(jī)覆蓋物具有良好的保溫作用，可減輕冰雪與霜凍災(zāi)害對(duì)植物的傷害；陳玉娟等[8]考察了有機(jī)覆蓋物對(duì)城市綠地土壤溫度的影響，土壤表層在鋪設(shè)有機(jī)覆蓋物后，土壤溫度的日變化明顯降低，冬季土壤溫度升高了0.9～1.5 ℃。有機(jī)覆蓋物作為一種來(lái)源于農(nóng)、林生物質(zhì)資源再利用的清潔材料。近年來(lái)，隨著其生產(chǎn)工藝、配方技術(shù)的不斷優(yōu)化與發(fā)展，有機(jī)覆蓋物的生產(chǎn)成本大大降低，為其在國(guó)內(nèi)的推廣使用打下了良好的基礎(chǔ)。

本研究擬選取香蒲、蘆葦作為人工濕地植物層，對(duì)比冬季(當(dāng)年的12月及次年的1月與2月)人工濕地植物層添加有機(jī)覆蓋物與不添加有機(jī)覆蓋物對(duì)上海寶山寶鋼煉鋼廠外排焦化廢水一般污染物的去除差異，以期為人工濕地在中國(guó)北亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū)的推廣使用及有機(jī)覆蓋物在人工濕地中的應(yīng)用提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)用水

試驗(yàn)用水采集自蘇州市相城區(qū)黃棣鎮(zhèn)工業(yè)園內(nèi)某鋼煉鋼廠外排的焦化廢水，當(dāng)?shù)貧夂蝾愋蜑楸眮啛釒Ъ撅L(fēng)性氣候，雨熱同期，日照充分，雨量充沛，極端最高氣溫40.2 ℃，極端最低氣溫-12.1 ℃。春秋較短，冬夏較長(zhǎng)。試驗(yàn)期間外排焦化廢水水質(zhì)情況見(jiàn)表1。

表1 外排焦化廢水水質(zhì)情況

1.2 試驗(yàn)裝置與材料

水平潛流人工濕地小試裝置由PVC板焊接而成，裝置尺寸為1.60 m×0.85 m×0.80 m(長(zhǎng)×寬×深)。為了使進(jìn)、出水流均勻穩(wěn)定，裝置配有進(jìn)、出水槽，通過(guò)穿孔板與填料區(qū)聯(lián)通。填料選取表面孔隙率較高的礫石填料，粒徑在4～8 mm。植物選取香蒲和蘆葦。為便于植物的種植和生長(zhǎng)，在潛流人工濕地石質(zhì)填料層上覆蓋了0.10 m厚度的土壤。裝置在中間設(shè)置隔板，隔板厚度0.05 m，形成1.60 m×0.4 m×0.80 m(長(zhǎng)×寬×深)兩個(gè)空間，其中一個(gè)空間AW1(artificial wetland 1) 栽植植物層土壤表層不覆蓋有機(jī)覆蓋物；另一個(gè)空間AW2(artificial wetland 2) 栽植植物層土壤表層覆蓋有機(jī)覆蓋物。

選擇以松柏樹(shù)皮、松針和木霉菌水分散粒劑為有機(jī)覆蓋物主要原料，按重量比為松柏樹(shù)皮60%～70%，松針25%～30%以及木霉菌水分散粒劑5%～10%的配比配成本試驗(yàn)采用的有機(jī)覆蓋物，覆蓋在人工濕地植株土層表層，覆蓋厚度為5 cm。

人工濕地小試裝置采用BT100～100 M型蘭格恒流泵控制進(jìn)水流量，全天24 h連續(xù)運(yùn)行。水力停留時(shí)間控制在5 d，水力負(fù)荷為0.13 m3/(m2·d)，流量為56 L/d。試驗(yàn)前對(duì)兩種人工濕地植物生長(zhǎng)狀況進(jìn)行觀測(cè)，待植物生長(zhǎng)發(fā)育穩(wěn)定后，開(kāi)展本試驗(yàn)，整個(gè)系統(tǒng)于2013年12月初開(kāi)始運(yùn)行，2014年2月末停止運(yùn)行，每7d測(cè)量1次進(jìn)出水中各項(xiàng)指標(biāo)的數(shù)值并記錄。

1.3 指標(biāo)分析方法

大氣氣溫及人工濕地土壤溫度、pH值、濁度、COD分別由溫度計(jì)、PHB-2型便攜式pH計(jì)、2100P型便攜式濁度儀、重鉻酸鉀消解法測(cè)定。TN，NH3-N，TP等主要水質(zhì)指標(biāo)檢測(cè)均按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)分析方法及國(guó)家環(huán)保局組織編寫(xiě)的《水和廢水監(jiān)測(cè)分析方法》(第四版)所規(guī)定的方法進(jìn)行測(cè)定。

1.4 數(shù)據(jù)分析方法

采用SPSS 18.0軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，作圖采用Excel作圖。各處理的比較采用單因素分析方法(F檢驗(yàn))，凡小于0.05(或0.01)水平的視為顯著(或極顯著)。

2 結(jié)果與分析

2.1 有機(jī)覆蓋物的保溫效率

試驗(yàn)期間，對(duì)人工濕地土壤溫度進(jìn)行了監(jiān)測(cè)，結(jié)果見(jiàn)表2，人工濕地在土壤表層添加有機(jī)覆蓋物后，土壤溫度升高，升高范圍在0.8～1.8 ℃，平均升高了1.2 ℃。結(jié)果表明，有機(jī)覆蓋物具有保溫作用。

表2 不同處理?xiàng)l件下土壤溫度的比較

在低溫季節(jié)，有機(jī)覆蓋物對(duì)于土壤的增溫作用是十分明顯的[9]。鋪設(shè)有機(jī)覆蓋物也能夠使零點(diǎn)等值線延伸的特別深。首先，有機(jī)覆蓋物會(huì)阻擋土壤熱量的散失，土壤失熱速度降低，進(jìn)而導(dǎo)致土壤溫度降低緩慢；其次，有機(jī)覆蓋物分解過(guò)程中為微生物提供了充足的食料，刺激土壤微生物的活動(dòng)[10]，土壤內(nèi)氨化細(xì)菌、固氮細(xì)菌、纖維分解細(xì)菌、真菌明顯增加，而微生物的呼吸作用、固氮作用等生長(zhǎng)發(fā)育活動(dòng)會(huì)產(chǎn)生一定熱量，進(jìn)而導(dǎo)致土壤表層溫度的升高。因而，有機(jī)覆蓋物在低溫季節(jié)的增溫作用會(huì)促進(jìn)植物的生長(zhǎng)發(fā)育，提高植物抗凍作用，為人工濕地植物的生長(zhǎng)發(fā)育提供了更加穩(wěn)定的環(huán)境。

2.2 濁度去除效率

試驗(yàn)期間，對(duì)人工濕地進(jìn)出水的濁度進(jìn)行監(jiān)測(cè)。如圖1所示，人工濕地進(jìn)水濁度波動(dòng)范圍比較大，在3.02～9.31 NTU范圍內(nèi)變化，平均值為6.24 NTU。水平潛流人工濕地對(duì)外排焦化廢水的濁度為有較好的去除效果，AW1人工濕地出水的平均濁度為1.96 NTU，去除率達(dá)到68.55%；AW2人工濕地出水的平均濁度為1.71 NTU，去除率達(dá)到72.54%。AW2的濁度去除率要高于AW1。

試驗(yàn)運(yùn)行初期，AW1，AW2對(duì)濁度的去除水平基本相當(dāng)，隨著試驗(yàn)的進(jìn)行，AW2的除濁水平要略優(yōu)于AW1，且隨著平均氣溫的變化而變化，即溫度升高兩者的濁度去除水平逐漸接近。

人工濕地對(duì)廢水濁度的去除主要受兩方面因素的影響：一是人工濕地內(nèi)部基質(zhì)的過(guò)濾作用，基質(zhì)的比表面積大，表面微孔和中孔結(jié)構(gòu)發(fā)育，水中大部分分離散顆粒會(huì)在范德華引力和靜電力的綜合作用下，吸附在基質(zhì)表面而達(dá)到很好的去濁效果；二是土壤微生物的吸附降解以及植物通過(guò)食物鏈的輸出作用[11]。添加有機(jī)覆蓋物后，植物表層結(jié)構(gòu)更加復(fù)雜，人工濕地土壤溫度升高，土壤微生物活性增加，有機(jī)質(zhì)含量增加，增強(qiáng)了對(duì)濁度顆粒的吸附能力和吸附膠體顆粒的穩(wěn)定性，提高了人工濕地系統(tǒng)對(duì)污水濁度的去除效率。

圖1 人工濕地對(duì)濁度的去除水平

2.3 COD去除效率

試驗(yàn)期間，外排焦化廢水中COD 的去除效率如圖2所示。人工濕地進(jìn)水的COD濃度在30.61～64.87 mg/L范圍波動(dòng)，平均濃度為47.21 mg/L。在HRT =5 d的情況下，AW1裝置中COD去除率達(dá)14.94%；AW2裝置中COD去除率達(dá)21.62%。COD去除率高于方艷等[12]考察的礫石人工濕地對(duì)外排焦化廢水COD去除率9.25%。添加有機(jī)覆蓋物作為人工濕地保溫材料后，COD的去除效率升幅達(dá)44.67%。

試驗(yàn)運(yùn)行初期，AW1，AW2對(duì)COD的去除水平基本相當(dāng)，隨著試驗(yàn)的進(jìn)行，AW2出水中的COD濃度要低于AW1出水中COD的濃度，溫度越低，AW1，AW2出水中COD濃度差異越大，溫度升高時(shí)，兩者出水中COD濃度逐漸接近。

圖2 人工濕地對(duì)COD的去除水平

外排焦化廢水中的有機(jī)物大多是難降解有機(jī)物，Machate等[13]研究了三環(huán)芳烴菲在人工濕地中的去除效果和途徑，結(jié)果表明人工濕地對(duì)三環(huán)芳烴菲具有良好的去除效果，且填料吸附是其主要去除途徑之一。人工濕地土壤微生物的活性指標(biāo)也是影響COD去除效率的重要因素，一方面，低溫條件下土壤溫度的升高有利于土壤微生物活性的提高[14]，提高COD的去除效果；另一方面，有機(jī)覆蓋物還會(huì)增加土壤呼吸，促進(jìn)土壤中營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的轉(zhuǎn)化及增加土壤中細(xì)菌、真菌和放線菌的數(shù)量，形成植物層—覆蓋層—土壤的好氧環(huán)境，促進(jìn)有機(jī)物的好氧分解，提高COD的去除效率。

2.4 TP去除效率

試驗(yàn)期間，人工濕地進(jìn)水中的TP濃度在0.14～0.59 mg/L范圍波動(dòng)，平均濃度為0.28 mg/L。濕地運(yùn)行2個(gè)月后，進(jìn)水TP波動(dòng)較大，但出水較為穩(wěn)定。填料的截留對(duì)TP的去除起到了明顯的作用，AW1人工濕地出水平均濃度為0.08 mg/L，TP去除率為71.26%；AW2人工濕地出水平均濃度為0.08 mg/L，TP去除率為71.88%。

圖3 人工濕地對(duì)TP的去除水平

兩組處理對(duì)外排焦化廢水TP去除率基本一致，有機(jī)覆蓋物對(duì)TP的吸附作用表現(xiàn)不明顯，TP的總體處理效果良好，說(shuō)明填料的吸附是人工濕地除磷的主要途徑，與其他研究者的結(jié)論一致[15]。

2.5 N去除效率

氮污染物是外排焦化廢水的主要污染物之一，高濃度的含氮廢水外排容易引起環(huán)境水體的富營(yíng)養(yǎng)化[16]，人工濕地對(duì)外排焦化廢水TN和NH3-N的去除效果如圖4—5所示。

圖4 人工濕地對(duì)焦化廢水TN的去除效果

圖5 人工濕地對(duì)NH3-N的去除效果

試驗(yàn)期間，如圖4所示，進(jìn)水TN的平均濃度為50.47 mg/L，AW1人工濕地對(duì)TN的去除率為14.20%，AW2人工濕地對(duì)TN的去除率為20.50%。試驗(yàn)運(yùn)行初期，AW1，AW2對(duì)TN的去除水平基本相當(dāng)；試驗(yàn)運(yùn)行兩周后，AW2出水中的TN濃度要低于AW1出水中TN的濃度；試驗(yàn)進(jìn)行的第3，4，5周，平均氣溫逐漸升高，AW1，AW2出水中TN濃度差異有所減少；試驗(yàn)進(jìn)行1個(gè)月后，隨著平均溫度的降低，AW1，AW2出水中TN濃度差異有所減少兩者出水中TN濃度逐漸接近。李林峰等[17]研究了不同植物在人工濕地脫氮中的貢獻(xiàn)，研究發(fā)現(xiàn)不同濕地植物對(duì)TN的去除效率有很大的差異；杜剛等研究了人工濕地中微生物數(shù)量與污染去除的關(guān)系，研究發(fā)現(xiàn)植物種類對(duì)TN去除的影響主要是由植物對(duì)氮素吸收富集能力不同所致，與濕地微生物數(shù)量也有很大的關(guān)系，不同種類植物對(duì)濕地微生物數(shù)量的影響不大，溫度的升高是微生物數(shù)量增加呈正相關(guān)。在濕地植物層添加有機(jī)覆蓋物作為保溫材料后，TN的去除效率升幅達(dá)44.45%，有機(jī)覆蓋物對(duì)TN吸附能力及保溫后濕地微生物數(shù)量的增加是人工濕地TN去除效率提高的主要原因。

人工濕地進(jìn)水的NH3-N濃度在0.90～5.23 mg/L，平均濃度為2.31 mg/L(如圖5所示)。2組人工濕地的出水水質(zhì)均出現(xiàn)了NH3-N濃度升高的現(xiàn)象。氨氮的氧化需要濕地系統(tǒng)中有充足的溶解氧，在水平潛流人工濕地中，大氣復(fù)氧的速率有限，人工濕地主要是處于厭氧環(huán)境的，硝化速率受到限制，反硝化速率會(huì)高于硝化速率，硝化作用是人工濕地脫氮的限制步驟。本研究試驗(yàn)中，外排焦化廢水中的含氮有機(jī)物在人工濕地中得到降解，產(chǎn)生氨氮，但由于濕地中溶解氧的不足限制了硝化細(xì)菌對(duì)氨氮的轉(zhuǎn)化，導(dǎo)致了濕地出水中出現(xiàn)氨氮的累積升高的現(xiàn)象。而缺氧環(huán)境對(duì)反硝化細(xì)菌有利，廢水中的硝態(tài)氮得到了一定程度的降解。反硝化細(xì)菌屬于異養(yǎng)性細(xì)菌，在反硝化過(guò)程中需要有機(jī)碳源，由于外排焦化廢水中的有機(jī)物大多是難以生物降解的，所以也導(dǎo)致了反硝化速

率的下降，表現(xiàn)為人工濕地對(duì)外排焦化廢水中氮污染物去除率不高。

2.6 不同處理?xiàng)l件下污染物的去除效率比較

本研究采用的兩種人工濕地對(duì)濁度，COD，TN和TP有較好的去除效率。試驗(yàn)期間，AW1對(duì)焦化廢水濁度，COD，TN和TP的平均去除率分別為68.55%，14.94%，14.20%和71.26%；AW2對(duì)焦化廢水濁度，COD，TN和TP的平均去除率分別為72.54%，21.62%，20.50%和71.88%。AW2對(duì)濁度，COD，TN和TP的去除率要高于另一組，經(jīng)單因素方差分析(F檢驗(yàn))，分析結(jié)果見(jiàn)表3，冬季AW1和AW2對(duì)濁度、COD和TN的去除率差異顯著(p<0.05)，其中對(duì)COD，TN去除率達(dá)到了極顯著的水平(p<0.01)，對(duì)TP的去除率差異不明顯。

表3 不同人工濕地處理?xiàng)l件下污染物的去除水平比較

注:*表示差異顯著(p<0.05); **表示差異極顯著(p<0.01)。

在低溫季節(jié)，有機(jī)覆蓋物會(huì)提高土壤表層溫度，增強(qiáng)土壤微生物活性，改善植物生長(zhǎng)環(huán)境[18]，試驗(yàn)期間，還將人工濕地在植物采集之日前所去除的N，P污染物總量與每個(gè)人工濕地植物吸收的元素含量進(jìn)行了比較(見(jiàn)表4)，可以發(fā)現(xiàn)通過(guò)收割植物對(duì)N，P的去除效率占人工濕地的比重很小，2個(gè)濕地的植物去除N，P較小，均不到人工濕地去除N，P含量的0.2%，與徐竟成等[19]的研究結(jié)果較為一致，有機(jī)覆蓋物本身對(duì)N，P的去除效果表現(xiàn)一般。

表4 不同處理?xiàng)l件下污染物的去除水平比較

3 討論與結(jié)論

人工濕地生態(tài)系統(tǒng)通過(guò)基質(zhì)、植物、微生物的共同作用來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)污染物的降解和去除。人工濕地凈化廢水的機(jī)理復(fù)雜，迄今還不完全清楚。目前，關(guān)于人工濕地基質(zhì)和植物方面國(guó)內(nèi)外學(xué)者已經(jīng)開(kāi)展了較多的研究，設(shè)計(jì)了較多的優(yōu)化工藝，取得了很好的試驗(yàn)效果，還發(fā)現(xiàn)了不同季節(jié)人工濕地對(duì)廢水凈化有較大的差異[20]。人工濕地在低溫季節(jié)的運(yùn)行還有諸多的限制因素。因此，低溫季節(jié)人工濕地的應(yīng)用，應(yīng)從濕地本身運(yùn)行成本及生態(tài)安全等方面進(jìn)行優(yōu)化，如改變運(yùn)行方式、選用優(yōu)質(zhì)填料、選用環(huán)保保溫材料等，而不能一味增加濕地外部成本，從而降低濕地的價(jià)值，影響人工濕地的推廣應(yīng)用。

本研究通過(guò)利用有機(jī)覆蓋物的生態(tài)安全、保土保溫、增肥增效、經(jīng)濟(jì)廉價(jià)等特點(diǎn)，設(shè)計(jì)添加有機(jī)覆蓋物作為人工濕地保溫材料，對(duì)比了有機(jī)覆蓋物人工濕地與普通人工濕地的保溫效率、典型污染物去除效率等方面的差異，提出了低溫季節(jié)下有機(jī)覆蓋物人工濕地凈化外排焦化廢水水質(zhì)的積極作用，初步分析了土壤微生物活性及根系好氧環(huán)境是影響外排焦化廢水水質(zhì)凈化的重要因素，促進(jìn)了新型材料有機(jī)覆蓋物在人工濕地凈化工業(yè)外排焦化廢水水質(zhì)中的應(yīng)用，但就有機(jī)覆蓋物人工濕地的土壤—植物—覆蓋物系統(tǒng)的微生物種類、數(shù)量等具體指標(biāo)及詳細(xì)機(jī)理的研究還不夠深入，下一步可重點(diǎn)進(jìn)行有機(jī)覆蓋物人工濕地微生物種群結(jié)構(gòu)方面的試驗(yàn)。本研究主要結(jié)論如下：

(1) 冬季低溫條件下，在人工濕地植物表層添加有機(jī)覆蓋物，土壤溫度平均升高了1.2 ℃，有機(jī)覆蓋物有保溫效果。

(2) 試驗(yàn)期間，兩種人工濕地對(duì)外排焦化廢水污染物有一定的去除效果。不添加有機(jī)覆蓋物人工濕地對(duì)外排焦化廢水濁度、COD，TN和TP的平均去除率分別為68.55%，14.94%，14.20%和71.26%；有機(jī)覆蓋物人工濕地對(duì)濁度、COD，TN和TP的平均去除率分別為72.54%，21.62%，20.50%和71.88%。

(3) 冬季低溫條件下，人工濕地植物層添加有機(jī)覆蓋物作為保溫材料后，COD去除率升幅達(dá)44.68%，TN去除率升幅達(dá)44.45%。

(4) 低溫條件下人工濕地的運(yùn)行，可以考慮在植物層添加清潔、成本較低的有機(jī)覆蓋物作為保溫材料替代采取地膜覆蓋等高成本、易污染的保溫措施，提高人工濕地的運(yùn)行效率，減少人工濕地的運(yùn)行成本及可能產(chǎn)生的二次污染，推進(jìn)人工濕地在我國(guó)寒冷地區(qū)的使用。

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A Study on Treatment of Discharged Coking Wastewater by Constructed Wetlands Using Organic Mulches

WEI Wei, XU Yuanchong, YANG Guoying, WANG Qian, LIU Jie, ZHAO Yanwen

(CollegeofResourcesandEnvironmentalScience,NanjingAgriculturalUniversity,Nanjing,Jiangsu210095,China)

[Objective] The paper aims to further reduce pollutant concentration and improve the reclamation rate of wastewater in iron and steel enterprises. [Methods] We adopted two sets of horizontal subsurface flow constructed wetlands for the treatment of discharged coking wastewater in iron and steel enterprises, and investigated the impacts of wetland vegetation with and without organic mulches on the treatment of discharged coking wastewater by constructed wetland in winter through the monitoring and analyzing the turbidity, chemical oxygen demand(COD), total nitrogen(TN), and total phosphorus(TP) concentrations in influent and effluent. [Results] In low-temperature season, the hydraulic retention time was 5 days, the average removal rates of turbidity, COD, TN, and TP was 68.55%,14.94%,14.20% and 71.26% in constructed wetland without organic mulches while the average removal rates of those in constructed wetland with organic mulches was 72.54%, 21.62%, 20.50% and 71.88%, respectively. The removal rates of COD and TN increased by 44.68% and 44.45%, respectively. [Conclusion] Organic mulches could be used as insulating material to help increase the purification rate of constructed wetland under the low-temperature condition.Keywords: horizontal subsurface flow; constructed wetland; winter operation; organic mulches; discharged coking wastewater

2016-05-17

2016-06-15

江蘇省水利科技項(xiàng)目“江蘇省水土保持規(guī)劃專題研究”(2012031)

魏巍(1990—),男(漢族),江蘇省淮安市人,碩士研究生,研究方向?yàn)樗临Y源保護(hù)。E-mail:zmrcxzn@163.com。

趙言文(1965—),男(漢族),江蘇省徐州市人,博士,教授,博士生導(dǎo)師,主要從事環(huán)境生態(tài)學(xué)、生態(tài)環(huán)境影響評(píng)價(jià)研究。E-mail:ywzhao@njau.edu.cn。

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1000-288X(2017)01-0017-06

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