人工濕地-超濾組合工藝處理生活污水效能研究*

馬 悅，楊 旭,2**，王雪微，聶 潔，孫小淇，陳玉飛

(1.哈爾濱師范大學(xué);2.上海交通大學(xué))

人工濕地-超濾組合工藝處理生活污水效能研究*

馬 悅1，楊 旭1,2**，王雪微1，聶 潔1，孫小淇1，陳玉飛1

(1.哈爾濱師范大學(xué);2.上海交通大學(xué))

人工濕地組合工藝；生活污水；處理效能

0 引言

水是人類生存和發(fā)展不可缺少的資源，在國民生產(chǎn)中，各行各業(yè)都離不開水[1].雖然我國水資源總量比較多，但人均量相對(duì)不足，僅占世界人均徑流量的1/4[2].隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，大量污水未經(jīng)處理后直接排入水體中，使我國的地表水質(zhì)嚴(yán)重污染，水污染已成為我國的一大災(zāi)害[3-5].因此，對(duì)生活污水處理的研究受到了廣泛關(guān)注.

人工濕地是在調(diào)查研究天然濕地的基礎(chǔ)上，通過人工建造控制的系統(tǒng)[6].由于其投資、運(yùn)行費(fèi)用低且效果相對(duì)穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)受到世界各地的廣泛應(yīng)用,用來處理不同類型的污水[7-9].但該工藝占地面積大，在小的空間不適用，因此一些學(xué)者研究通過膜法處理污水[10-11].膜法具有占地面積小、處理效果好的優(yōu)點(diǎn)，但同時(shí)成本高、易污染且壽命短，不能被大規(guī)模使用[12].為了發(fā)揮其各自的優(yōu)勢(shì)，將二者進(jìn)行組合，以城市生活污水為研究對(duì)象，將污水先通過人工濕地，然后再通過超濾處理.這樣既減小了占地面積，又降低了膜處理的成本，同時(shí)，由于生活污水首先通過了人工濕地，也減少了膜污染.為此，該研究組建人工濕地-超濾組合工藝，研究其對(duì)生活污水處理的效能.

1 研究材料及方法

1.1人工濕地-超濾組合工藝的構(gòu)建

由于水平潛流人工濕地具有承受水力負(fù)荷大、保溫效果好的優(yōu)點(diǎn)，適用于中國北方.本研究采取水平潛流人工濕地-超濾組合工藝.人工濕地的尺寸為長1.5 m、寬0.8 m、高0.8 m，兩邊進(jìn)出水各設(shè)一個(gè)長為0.2 m、寬為0.2 m，高為0.8 m的集水池，填料依次為大礫石、小礫石、土壤.厚度為0.7 m.濕地系統(tǒng)采用的植物為蘆葦，種植密度為20株/m2，該系統(tǒng)于2016年5月初試運(yùn)行，6月正式運(yùn)行，10月末結(jié)束.

超濾工藝的膜為中空超濾膜，外徑為2.0 mm，內(nèi)徑1.0 mm，其上孔徑為0.045 μm，材料為PVDF，韌性好且工作壓力要求低，抽吸壓力為0.2MPa.5月初試運(yùn)行，6月初正式運(yùn)行，8月末結(jié)束.

在以上兩套系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，探究最優(yōu)運(yùn)行負(fù)荷，構(gòu)建水平潛流人工濕地-超濾組合工藝，2016年11月試運(yùn)行，12月正式運(yùn)行，2月末結(jié)束.運(yùn)行期間所用進(jìn)水為哈爾濱師范大學(xué)學(xué)生公寓的生活污水.

1.2檢測(cè)方法

2 數(shù)據(jù)及分析

2.1人工濕地植物的高和生物量的變化

植物是人工濕地系統(tǒng)中重要的組成部分，植物不僅在生長過程中吸收氮磷等營養(yǎng)物質(zhì)，同時(shí)輔助濕地中的基質(zhì)和微生物凈化污水，此外，植物能將氧氣輸送至根須，形成好氧厭氧區(qū)間，為生物代謝提供條件[13-15].因此，對(duì)植物的研究十分有必要.為研究植物的高和生物量的變化，于2016年6月30日、7月30日、8月30日、9月30日、10月30日分別取蘆葦現(xiàn)場測(cè)定高和單位產(chǎn)量，回實(shí)驗(yàn)室后測(cè)定其干重，植物上下兩部分分別測(cè)定.蘆葦?shù)纳L高度變化如圖1所示，生物量變化見表1.

圖1 蘆葦?shù)纳L高度變化

表1 植物生物量變化

表中生物量以干質(zhì)量計(jì)算，單位是kg/m2

從圖1中可以看出，蘆葦主要在9月份之前生長，且在8月份前后生長最快，到10月份高度基本不變.從表1中可以看出，植物的生物量變化與高度變化類似，都是在8月份增長最快，在9月份最高，而到了10月份反而減少，由此可看出，植物的高度和生物量與季節(jié)有關(guān).

2.2去除率與季節(jié)變化

人工濕地主要靠濕地植物、基質(zhì)和微生物起作用，首先研究了濕地植物與季節(jié)的關(guān)系，而溫度對(duì)生物活性有重大影響.因此，為研究人工濕地對(duì)污染物去除情況與季節(jié)溫度的關(guān)系，對(duì)6月30日、7月30日、8月30日的出水水質(zhì)進(jìn)行了比較，并計(jì)算各月份的去除率，結(jié)果如圖2所示.

從圖2中可以看出，去除率大小按順序排列為8月>6月>10月，8月為夏季，生物活性高，植物生長旺盛，代謝高，攝取的營養(yǎng)元素量大，對(duì)TN的去除率顯著.10月份北方開始降溫，生物的活性降低且植物開始枯黃，對(duì)營養(yǎng)元素的攝取顯著降低，對(duì)水中污染物的去除率小于其他的季節(jié).這與之前研究的植物生物量與季節(jié)的關(guān)系相吻合，充分說明了植物對(duì)人工濕地的作用.

圖2 不同季節(jié)的去除率

2.3膜通量的變化

膜通量是膜的一個(gè)重要指標(biāo)，是膜在運(yùn)行過程中性能的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn).為探究超濾膜在長期運(yùn)行過程中的性能變化，從6月初開始，每天9:00測(cè)定，到8月末結(jié)束，記錄數(shù)據(jù)，其結(jié)果如圖3所示.

圖3 膜通量變化

實(shí)驗(yàn)過程中的進(jìn)水流量為1.2 m3·d-1，從圖3中可以看出，超濾膜的通量比較理想，在第一周內(nèi)平均為2174，第二周為1708，第三到五周下降為1206，之后一直下降.其中，超濾膜每7天清洗一次，到第十三周，物理清洗對(duì)膜通量已無明顯作用，必須進(jìn)行化學(xué)恢復(fù)，可判斷中空纖維超濾膜的使用周期為90 d.

2.4組合工藝的處理效果

表 2 組合工藝進(jìn)出水質(zhì)、去除率

3 結(jié)束語

濕地植物在人工濕地凈化過程中起重要作用，季節(jié)對(duì)人工濕地的處理效果有影響，夏季明顯優(yōu)于其他季節(jié).

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Keywords:Constructed wetland combined process；Domestic sewage; Treatment efficiency

(責(zé)任編輯：李家云)

TheResearchontheEfficiencyoftheConstructedWetlandUltraFiltrationCombinedProcessforDomesticWasteWaterTreatment

MaYue1，YangXu1，2，WangXuewei1，NieJie1，SunXiaoqi1，ChenYufei1

(1.HarbinNormalUniversity; 2.ShanghaiJiaotongUniversity)

X17

A

1000-5617(2017)02-0117-03

2017-01-12

*大學(xué)生實(shí)踐創(chuàng)新基金項(xiàng)目

**通訊作者：yangxu2005gd@163.com