垂直流人工濕地去除農(nóng)村生活污水中 總磷和耗氧有機物的效果研究※

●許巧玲 胡 奕（安順學(xué)院資源環(huán)境學(xué)院 貴州 安順 561000）

農(nóng)村生活污水的特征主要表現(xiàn)為農(nóng)村人口居住相對分散，污染源不易集中，無統(tǒng)一污水收集管網(wǎng)，污水水量不穩(wěn)定，水質(zhì)成分復(fù)雜，沒有專門的排放標準等[1]。所以應(yīng)該重視對分散式生活污水的工藝研究。人工濕地是生態(tài)處理系統(tǒng)中處理污水比較高效且常見的一種方式，人工濕地是一種人為設(shè)計及建造、能控制運行的、與沼澤類似的污水處理系統(tǒng)[2]。人工濕地系統(tǒng)主要由基質(zhì)、動植物及微生物構(gòu)成，它們在濕地系統(tǒng)中相互聯(lián)系，相互協(xié)同，使整個濕地系統(tǒng)能夠穩(wěn)定進行。人工濕地基質(zhì)對磷的截留以化學(xué)沉淀為主，基質(zhì)中存在Ca2+、Fe2+和Al3+等金屬離子能與水中的磷酸根離子反應(yīng)生成沉淀，進而被基質(zhì)沉淀過濾去除[3]，因此研發(fā)高效人工合成基質(zhì)是提高除磷率的有效手段。人工濕地中的有機物主要通過微生物、有機物和無機物構(gòu)成的生物膜來完成[4]。目前，人工濕地系統(tǒng)以去污效果好、建造運營成本低和方便管理等優(yōu)點被越來越多運用于生活污水的處理。

1 材料與方法

1.1 實驗裝置

試驗系統(tǒng)的長、寬、高分別為0.88 m、0.67 m、 0.65 m，兩個系統(tǒng)分別命名為CW-A和CW-B。CW-A中基質(zhì)從下往上依次為高10 cm的礫石（包括直徑為1～3 cm、3～5 cm、5～10 cm的礫石）、高30 cm的河砂，河砂中添加人工合成基質(zhì)。CW-B中除表層基質(zhì)沒有添加人工合成基質(zhì)外，其余基質(zhì)與CW-A中的基質(zhì)組成相同。系統(tǒng)調(diào)試運行兩周后，于2020年9月13日正式運行，共計134 d，蠕動泵連續(xù)進水，水力負荷10 cm /d。

1.2 實驗進水水質(zhì)

實驗進水水質(zhì)來自實驗室模擬的農(nóng)村生活污水的水質(zhì)指標，采用淀粉、磷酸二氫鉀、硝酸鉀、硫酸亞鐵銨、硫酸鎂配置系統(tǒng)進水，進水水質(zhì)，見表1。

表 1 垂直流人工濕地進水水質(zhì) 單位：mg/L

1.3 檢測方法

每周對濕地系統(tǒng)進出水進行監(jiān)測，每次取3個重復(fù)水樣，參照《水和廢水監(jiān)測分析方法》[5]中的方法檢測水中的TP、COD。

2 結(jié)果與討論

2.1 垂直流人工濕地對TP的去除效果

人工濕地去除TP的效果圖，見圖1。

圖1 垂直流人工濕地TP去除率

濕地系統(tǒng)對TP的去除機理主要是基質(zhì)沉淀吸附和微生物的去除。從圖1可以看出，CW-A和CW-B的TP去除率逐漸降低，CW-A和CW-B在剛開始運行時對TP的去除出現(xiàn)最大值，分別為93.72%和84.92%，在系統(tǒng)運行結(jié)束時出現(xiàn)最小值，分別為4.01%和-9.87%。人工濕地運行的時間越長，對TP的去除率也越低。但從總體的趨勢上看，CW-A中添加了人工合成基質(zhì)對TP的去除效果要高于CW-B中未加人工合成基質(zhì)對TP的去除效果。兩個系統(tǒng)在運行初期，CW-A對TP去除率較高，說明CW-A和CW-B運行初期對TP的去除效果較好，可能是濕地運行初期，基質(zhì)中的吸附未達到飽和，對TP的去除效果較好。兩個濕地系統(tǒng)運行到最后，對TP的去除率出現(xiàn)最小值，說明人工濕地運行到后期，基質(zhì)吸附達到飽和，使TP的去除率降低。CW-A對TP的去除效果略高于CW-B對TP的去除效果，CW-A和CW-B中TP的平均去除率分別為29.78%和27.12%。說明人工合成基質(zhì)的添加，有利于濕地系統(tǒng)中TP的去除。

2.2 垂直流人工濕地對COD的去除效果

垂直流人工濕地CW-A與CW-B的進水濃度最高分別為504.25 mg/L和488.39 mg/L，最低進水濃度分別為238.03 mg/L和242.34 mg/L。CW-A和CW-B在COD濃度較高的情況下，對COD的去除率依舊保持在50%以上。垂直流人工濕地對COD的去除率，見圖2。

圖2 垂直流人工濕地COD去除率

如 圖2所 示，CW-A和CW-B對COD的去 除呈現(xiàn)先增大后減小，然后趨于相對平穩(wěn)的趨勢。CW-A和CW-B運行初期，對COD的去除率較低；CW-A與CW-B運行中后期，去除率波動較大；CW-A與CW-B運行后期，依舊保持較高的去除率。CW-A和CW-B對COD的去除效果差異不明顯，平均去除率分別為78.92%和79.14%，且對COD的去除率都較高。人工濕地系統(tǒng)對COD的去除以微生物的降解為主，污水在系統(tǒng)中與微生物接觸反應(yīng)時間長，微生物能充分發(fā)揮作用，使COD濃度降低，提高COD的去除效率[6]。在實驗初期，兩個人工濕地系統(tǒng)對COD的去除率都較低，可能是濕地運行時間較短，還沒有形成穩(wěn)定的生物膜；實驗進行到中期，COD達到平穩(wěn)狀態(tài)且去除率較明顯，可能是由于人工濕地系統(tǒng)中微生物膜達到了一個穩(wěn)定的狀態(tài)，使CW-A和CW-B對COD的去除率有明顯提高，且趨于穩(wěn)定。

2.3 出水亞鐵的濃度變化

垂直流人工濕地系統(tǒng)中亞鐵濃度變化，見圖3。

圖3 垂直流人工濕地中亞鐵濃度變化

兩個濕地系統(tǒng)亞鐵進水濃度在0.006～ 0.205 mg/L之間，CW-A和CW-B中亞鐵的平均進水濃度分別為0.060 mg/L和0.064 mg/L，兩個濕地系統(tǒng)中亞鐵進水濃度較低，且相對穩(wěn)定。而CW-A和CW-B中亞鐵的出水濃度比進水濃度高，且波動較大。

2.4 相關(guān)性分析

CW-A和CW-B中污水指標間的相關(guān)性分析，見表2。由表2可知，亞鐵出水濃度與TP去除率呈負相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為-0.383。

表2 濕地中各指標間相關(guān)性表 （R值）

3 結(jié)論

本試驗以農(nóng)村生活污水為研究對象，針對農(nóng)村生活污水中的理化性質(zhì)，在實驗室內(nèi)模擬小型人工濕地展開研究。得到的主要結(jié)論如下：

CW-A和CW-B中TP的去除率在系統(tǒng)運行前期較高，但隨著系統(tǒng)的運行在不斷降低，直到最后，CW-B中TP的去除出現(xiàn)了負值，說明TP的去除與濕地中的基質(zhì)吸附有關(guān)，隨著基質(zhì)的吸附飽和，濕地對TP的去除率在不斷降低。CW-A和CW-B對TP的去除率與亞鐵出水濃度存在相關(guān)性，相關(guān)系數(shù)為0.380（P＜0.01），通過調(diào)節(jié)濕地系統(tǒng)中pH范圍和DO水平，可以實現(xiàn)調(diào)控磷的出水水平。

CW-A和CW-B對COD的去除較好，去除率都保持在79%左右，且濕地運行后期開始堵塞，但濕地系統(tǒng)中COD的去除率并沒有明顯降低，因此濕地系統(tǒng)的堵塞對COD的去除并沒有產(chǎn)生太大影響，說明人工濕地對去除耗氧有機物要較大優(yōu)勢。