農(nóng)村生活污水中氮磷在不同類型人工濕地中的沿程去除效果分析

葛俊 臧振亞 潘洋

（1.上海禾元環(huán)保集團(tuán)有限公司上海2012042.合肥市市政設(shè)計(jì)研究總院有限公司安徽合肥230000 3.安徽省交通航務(wù)工程有限公司安徽合肥230000）

農(nóng)村生活污水中氮磷在不同類型人工濕地中的沿程去除效果分析

葛俊1臧振亞2潘洋3

（1.上海禾元環(huán)保集團(tuán)有限公司上海2012042.合肥市市政設(shè)計(jì)研究總院有限公司安徽合肥230000 3.安徽省交通航務(wù)工程有限公司安徽合肥230000）

本研究利用小型人工濕地系統(tǒng)處理農(nóng)村生活污水，探討氨氮和磷酸鹽在不同類型人工濕地內(nèi)的去除效果。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，污水進(jìn)入表流濕地后，前0.4d內(nèi)，氨氮去除率約10%，后續(xù)的去除效果開始趨于平緩，離開表流濕地時(shí)，總相對(duì)去除率只有15%。進(jìn)入潛流濕地后，氨氮的去除效果快速上升，離開潛流濕地時(shí)，氨氮的總累計(jì)去除率約47%。磷酸鹽在初進(jìn)入表流濕地時(shí)，去除率不升反降，在系統(tǒng)后段才開始有明顯的去除效果，總計(jì)約15%的磷酸鹽在表流濕地中被去除；進(jìn)入潛流濕地后，去除效果明顯提高，最后累計(jì)約有60%的磷酸鹽被去除。

人工濕地；農(nóng)村生活污水；生態(tài)治理

1 引言

人工濕地是一種以人為方式操縱及控制濕地系統(tǒng)環(huán)境的綠色環(huán)保技術(shù)，其凈化水質(zhì)的機(jī)制主要包括過(guò)濾、吸附、沉淀及生物降解等[1]。農(nóng)村生活污水污染負(fù)荷較低，水量不穩(wěn)定，如采用傳統(tǒng)處理工藝，污水廠建設(shè)及運(yùn)行成本較高[2]。人工濕地系統(tǒng)具有較高的抗沖擊負(fù)荷能力，在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中，水量不穩(wěn)定不僅不會(huì)增加人員和能源上的費(fèi)用，而且適當(dāng)?shù)牧髁柯洳罘炊稍黾尤斯竦貙?duì)營(yíng)養(yǎng)鹽的去除效果[3]。同時(shí)，農(nóng)村地區(qū)土地資源豐富，占地面積不會(huì)成為人工濕地建設(shè)的主要限制因素，對(duì)人工濕地占地進(jìn)行合理規(guī)劃，還可增加一定的景觀、休閑功能[4]。本研究通過(guò)在皖南山區(qū)農(nóng)村采用人工濕地系統(tǒng)進(jìn)行農(nóng)村生活污水試驗(yàn)研究，主要探討污水中氨氮（NH3-N）及磷酸鹽（PO4-P）在不同類型濕地系統(tǒng)及沿程不同停留時(shí)間點(diǎn)的去除效果，進(jìn)而指導(dǎo)人工濕地的實(shí)際應(yīng)用與推廣。

2 材料與方法

2.1 試驗(yàn)設(shè)施

本人工濕地系統(tǒng)以皖南山區(qū)某農(nóng)村排放的生活污水作為試驗(yàn)對(duì)象。人工濕地系統(tǒng)（圖1）為一長(zhǎng)方體，由混凝土及不銹鋼板組成，長(zhǎng)、寬、高分別為5m、3m和0.6m。該人工濕地系統(tǒng)包括表流濕地（Surface Flow Wetland，SFW）和潛流濕地（Su3surface Flow Wetland，SSFW），兩種類型人工濕地串聯(lián)而成，后面接一景觀生態(tài)池。在表流濕地和潛流濕地中，分別用不銹鋼板分隔成50cm寬的水道，一方面減少短流現(xiàn)象，另一方面使得濕地系統(tǒng)更接近于推流式反應(yīng)器。表流濕地水深0.26m，底部覆蓋20cm厚的泥土，上方種植香蒲；而潛流濕地水深0.46m，底部中放置礫石（平均粒徑為2cm，孔隙率為50%），上方種植蘆葦；系統(tǒng)后方的生態(tài)池放植景觀睡蓮。

2.2 試驗(yàn)條件及進(jìn)水水質(zhì)

人工濕地系統(tǒng)啟動(dòng)期持續(xù)一個(gè)月，主要進(jìn)行濕地植物培育和生物膜生長(zhǎng)，一個(gè)月后開始進(jìn)行主要試驗(yàn)研究，進(jìn)水量穩(wěn)定在7.8m3/d左右，試驗(yàn)期為2015年3月—2015年10月，共持續(xù)8個(gè)月。試驗(yàn)用水通過(guò)提升泵自排水溝抽取污水進(jìn)入儲(chǔ)水池進(jìn)行初步沉淀，然后由儲(chǔ)水池進(jìn)入濕地系統(tǒng)。由于排水溝內(nèi)的生活污水混合了一定量地下水，其水質(zhì)較正常生活污水偏低，具體水質(zhì)指標(biāo)見下表1。

表1 人工濕地系統(tǒng)進(jìn)水水質(zhì)

2.3 采樣與分析

圖1 人工濕地系統(tǒng)圖

人工濕地系統(tǒng)共設(shè)7個(gè)采樣點(diǎn)，其中，采樣點(diǎn)T1至T4位于SFW系統(tǒng)中，采樣點(diǎn)p1至P3位于SSFW系統(tǒng)中。人工濕地系統(tǒng)穩(wěn)定后開始進(jìn)行水樣采集與監(jiān)測(cè)，采樣頻率為每周一次，本研究主要對(duì)NH3-N和PO4-P進(jìn)行分析討論。

3 結(jié)果與討論

3.1 NH3-N的去除效果

圖2為人工濕地中NH3-N平均進(jìn)出水濃度的相對(duì)比較，相互之間存在一定的線性關(guān)系，其相關(guān)性為0.587。雖然存在少部分時(shí)間段內(nèi)處理效果不佳，但整體而言人工濕地對(duì)NH3-N具有一定的去除效果，平均出水濃度為4.86mg/L。圖3為NH3-N在各單元中的去除率比較，由圖3可知，污水在進(jìn)入SFW系統(tǒng)后的前0.4d，NH3-N的處理效果較好，去除率約10%，在接下來(lái)的1d內(nèi)，NH3-N去除效果開始趨于平緩，污水離開SFW系統(tǒng)時(shí)的NH3-N相對(duì)去除率只有約15%。污水進(jìn)入SSFW系統(tǒng)后，NH3-N的去除效果明顯上升，NH3-N在SSFW系統(tǒng)中相對(duì)去除率約36%，最終污水離開人工濕地時(shí)累計(jì)共有約47%的NH3-N去除率。通過(guò)NH3-N在濕地內(nèi)沿程各取樣點(diǎn)的去除率分析，SSFW系統(tǒng)對(duì)于NH3-N的去除效果優(yōu)于SFW系統(tǒng)，主要是由于濕地植物體死亡后，殘骸進(jìn)入SFW系統(tǒng)，并釋放出營(yíng)養(yǎng)鹽，造成SFW系統(tǒng)中的NH3-N濃度升高，而SSFW系統(tǒng)中由于有礫石層的阻隔，植物殘骸很難進(jìn)入系統(tǒng)內(nèi)。Jos T.A.Verhoeven[4]對(duì)人工濕地的研究表明，人工濕地對(duì)NH3-N的去除率最低只有10～15%，而經(jīng)過(guò)植物收割或利用濕地內(nèi)水位的落差等其他方法，可以將處理效果提升到30%～40%左右。本試驗(yàn)中NH3-N去除率也與其研究結(jié)果接近。

圖2 NH3-N進(jìn)出水濃度相對(duì)比較

圖3 NH3-N在各系統(tǒng)中的去除率

3.2 PO4-P的去除效果

圖4為人工濕地中PO4-P平均進(jìn)出水濃度的相對(duì)比較，相互之間相關(guān)性較差。圖5為PO4-P在各單元中的去除率比較，由圖5可知，污水在初進(jìn)入SFW系統(tǒng)的前0.7d內(nèi)，SFW系統(tǒng)內(nèi)的PO4-P濃度反而高于進(jìn)水濃度，PO4-P去除率出現(xiàn)負(fù)值的現(xiàn)象，經(jīng)分析，可能的原因?yàn)椋涸谠囼?yàn)期間，濕地前段污水濃度高，超出部分濕地植物的耐受范圍而出現(xiàn)枯死的現(xiàn)象，原先被植物體所吸收的PO4-P隨著植物體的死亡而重新釋放回水體內(nèi)。污水在進(jìn)入SFW系統(tǒng)約0.7d后才開始對(duì)污水中的PO4-P有去除作用，當(dāng)污水流出SFW系統(tǒng)時(shí)，PO4-P的去除率只有約7%。污水中PO4-P的去除主要發(fā)生在SSFW系統(tǒng)內(nèi)，在SSFW系統(tǒng)內(nèi)的前0.3d，PO4-P的去除率提升較快，之后開始稍微下降，約在進(jìn)入SSFW系統(tǒng)0.6d后又開始快速回升，最后，PO4-P在SSF系統(tǒng)內(nèi)的相對(duì)去除率約為58%。污水經(jīng)過(guò)SFW和SSFW系統(tǒng)累計(jì)停留時(shí)間約2.2d，PO4-P在整個(gè)人工濕地內(nèi)的總?cè)コ始s60%，出水中PO4-P平均濃度為0.496mg/L。

圖4 PO4-P進(jìn)出水濃度相對(duì)比較

圖5 PO4-P在各系統(tǒng)中的去除率

4 結(jié)論

（1）農(nóng)村生活污水經(jīng)過(guò)SFW系統(tǒng)和SSFW系統(tǒng)后，NH3-N和PO4-P出水濃度分別為4.86mg/L和0.496mg/ L，低于污水處理中相關(guān)水質(zhì)指標(biāo)的一級(jí)A排放標(biāo)準(zhǔn)最高限值；

（2）NH3-N在SFW系統(tǒng)中的相對(duì)去除率約15%，在SSFW系統(tǒng)中相對(duì)去除率約36%，人工濕地整體上對(duì)NH3-N的去除率約47%；

（3）PO4-P在人工濕地內(nèi)去除主要發(fā)生在SSFW系統(tǒng)內(nèi)，在SSFW系統(tǒng)中相對(duì)去除率達(dá)58%左右；

（4）人工濕地在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中要不定期收割濕地植物，從而保持人工濕地對(duì)污染物的持續(xù)高效去除。參考文獻(xiàn)

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[5]VerhoevenJTA，MeulemanAFM.Wetlandsforwastewater treatment:opportunities and limitations[J].Ecological engineering，1999，12（1）:5-12.

葛俊（1989—），男，安徽安慶人，碩士，助理工程師，主要從事水污染防治技術(shù)研究。