一種介質復合型人工濕地在生活污水應用中的研究

■　胡潤夏

（浙江達人環?？萍脊煞萦邢薰菊憬贾?10000）

一種介質復合型人工濕地在生活污水應用中的研究

■胡潤夏

（浙江達人環?？萍脊煞萦邢薰菊憬贾?10000）

通過對一種介質復合型人工濕地在農村生活污水處理應用的研究，結果表明該人工濕地在水力停留時間為2d的運行條件下，對水中COD、TN、NH3-N、TP的去除率分別為75.09%、47.64%、91.03%、83.28%，高于土壤潛流型濕地的55.43%、45.02%、65.32%、79.13%。通過測定距濕地表面一定距離介質中水的溶解氧濃度，發現介質復合型人工濕地水體溶解氧濃度明顯高于土壤潛流型濕地，介質復合型濕地能為濕地微生物降解污染物提供充足氧氣。

生活污水人工濕地

1　引言

水是生命之源，人類生存之本。但隨著工農業的發展、人口的增加，水的環境問題成為制約人類生存發展的重要問題[1]。經過多年的努力人們建立了許多高效穩定的污水處理方法。城市污水的處理往往采用納管收集，集中通過活性污泥法處理。但該法建設成本、運行維護成本較高，不適用于城鎮鄉村。人工濕地是于上世紀七十年代興起的一種污水處理工藝，出水效果好，對氮磷具有良好處理能力，運行維護管理方便且費用低，適合管理水平較低，水量及水質變化不大的鄉村，其原理主要是利用濕地中植物、微生物和基質填料之間的物理、化學和生物作用達到水質凈化的目的[2]。

我國人工濕地研究起步較晚，應用較少，水力負荷大、去污效果好的并不常見[3]。基質填料作為濕地的核心被廣泛研究，濕地的基質填料由以往的土壤逐漸被砂石或混合填料代替。通過基質填料的改進大大提高了人工濕地對污染物的去除效率，特別是水有機物和氨氮的去除[4]。本文主要介紹一種介質復合型人工濕地在農村生活污水處理中的應用，來說明介質復合型濕地的作用機理及其在濕地工藝中的優越性。

2　實驗部分

2.1實驗裝置

實驗中選用的介質復合型濕地，濕地主體由植物、介質、防滲膜構成(如圖1所示)。濕地植物為黃菖蒲、綠葉美人蕉，每平米濕地上種有1株綠葉美人蕉、4株黃菖蒲。濕地介質層分五層，每層厚度0.2m，從上而下第一層由40%粗石+60%細石組成，第二層由10%粗石+50%細石+40%沙子組成，第三層由10%粗石+20%細石+70%沙子組成，第四層由10%粗石+30%細石+60%沙子組成，第五層由50%粗石+50%細石組成。介質復合型濕地配有一個沉淀池，污水經16小時沉淀后通過污水提升泵將污水提升至濕地。

圖1　濕地結構圖

實驗中選用的對照土壤潛流型濕地，濕地主體由植物、土壤、防滲膜構成。濕地植物種植種類和種植密度同上介質復合型濕地。土壤潛流型濕地也配有一個沉淀池，污水經16小時沉淀后通過污水提升泵將污水提升至濕地。

2.2試驗用水

試驗用水為實際農村生活污水，采集100個人工濕地進水，具體水質如表1所示。

表1　濕地進水水質表

2.3試驗的運行

介質復合型人工濕地建成后，種植植物，運行1個月等植物根系生長一段時間后進行出水取樣檢測。污水在濕地中水力停留時間2d，濕地水力負荷為1m3/(m2·d）。

2.4檢測項目與方法

濕地進出水水質檢測項目有COD、NH3-N、TN、TP四項指標，分別采用重鉻酸鉀法、納氏試劑分光光度法、堿性過硫酸鉀消解紫外分光光度法、鉬銻抗分光光度法[5]。

3　結果與討論

3.1不同類型人工濕地對污染物去除

圖2　農村生活污水各項指標去除

如圖2所示，介質復合型濕地和土壤潛流型濕地都對農村生活污水中污染物有一定去除效果。介質復合型濕地對COD的去除率約為75%，高于土壤潛流型濕地的55%；兩種濕地對TN去除率效果相近；介質復合型濕地對NH3-N去除率高達91%，高于土壤潛流型濕地的65%；兩種濕地對TP去除率效果相近。介質復合型濕地出水水質接近《城鎮污水處理廠污染物排放標準》GB18918-2002一級A標準，優于土壤潛流型濕地出水。

3.2不同濕地溶解氧情況

介質復合型人工濕地對COD、NH3-N有較好的去除效果，優于土壤潛流型濕地。COD、NH3-N的去除一般需要氧氣，而在濕地系統中TP的去除主要依靠植物吸收和濕地中溶解氧濃度關系不大，故通過測定不同種類濕地垂直向下（h為距濕地表面距離）溶解氧含量來研究復合型人工濕地污染物去除效率高的原因。

圖3　不同濕地氧氣分布

不同濕地情況溶解氧如圖3所示，介質復合型濕地無論有無植物濕地中溶解氧濃度均遠高于土壤潛流型濕地。介質復合型濕地在有、無植物情況下，濕地中溶解氧濃度相差不大，而土壤潛流型濕地在有植物情況下，濕地中溶解氧濃度明顯高于無植物情況。經典的“根區法理論”認為濕地中氧氣除水體溶氧外主要依靠植物根系將氧氣由地面輸送至濕地內部，為好氧微生物提供活動所需氧氣[6-7]。綜上可知：（1）土壤潛流型濕地主要依靠植物將空氣中氧氣輸送至濕地內部；（2）介質復合型濕地中植物輸送氧氣只占濕地中氧氣量的小部分；（3）介質復合型濕地中復合型介質有利于空氣中氧氣進入濕地內部。

3.3人工濕地對污染物去除機制

傳統人工濕地去除水中污染物，不溶性污染物通過濕地填充層過濾，不溶物被濕地中微小生物分解利用。可溶性污染物物通過濕地中微生物降解或生物膜的吸附，如COD的去除主要通過濕地中微生物將其分解成CO2和H2O；NH3-N的去除依靠植物根系附近硝化細菌，硝化細菌將NH3-N轉化為NO2-和NO3-，植物根系的供氧情況決定硝化細菌活性，根部供氧充足NH3-N去除效率就高；TN的去除依靠濕地中的厭氧反硝化細菌，反硝化細菌分布在濕地中氧氣含量較低的地方，反硝化細菌將NO2-和NO3-轉化為N2 和N2O從濕地中逸出；TP的去除主要依靠濕地植物的吸收，變成植物的ATP、DNA及RNA等有機物，最后通過植物的收割完全去除，還有部分TP通過濕地中微生物吸收積累，但這部分TP會有部分又隨著微生物的代謝重新回到水體[8]。

介質復合型濕地由于濕地基質主體與傳統人工濕地不一樣，因此介質復合型濕地對污染物去除機制和傳統濕地存在差別。首先，介質復合型濕地介質能為微生物的生長提供載體，利于具有污染物去除能力的生物膜形成；其次，介質復合型濕地中介質往往含有Ca2+能與濕地中PO43-反應沉淀吸附，一定程度上提高TP的去除；第三，由于復合介質的存在介質復合型濕地水的滲透性能優于傳統濕地，能承受相對較高的水力負荷而不會造成濕地表面集水堵塞；第四，介質復合型濕地中氧氣含量遠高于傳統濕地，濕地整體好氧細菌分布不會主要只分布植物根系附近，故介質復合型濕地有機物和NH3-N去除較傳統濕地都有較大程度提升，即介質復合型濕地能承受更高的污染物負荷。

4　結論

人工濕地作為一種經濟有效的生活污水處理手段受到國內外廣泛應用，濕地性能的提升就更加重要，介質復合型濕地作為一種新型人工濕地被研究、應用。介質復合型濕地相對于傳統濕地在水利負荷、污染濃度負荷都有提升，主要因為介質復合型濕地新穎的介質主體構成能提高水的滲透性能和濕地中氧氣濃度，因此復合介質型濕地在未來人工濕地應用中具有一定的優越性。

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[3]劉超翔,胡洪營.人工復合生態床處理低濃度農村污水[J].中國給水排水, 2002,18:1-4.

[4]李旭東,周琪,張榮社,等.三種人工濕地脫氮除磷效果比較研究[J].地學前緣,2005,S1:73-76.

[5]國家環保局.水和廢水監測分析方法[M].中國環境科學出版社,1997.

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[7]Sorrell B K,Armstrong W.On the Difficulties of Measuring Oxygen Release by Root Systems of Wetland Plants[J].Journal of Ecology,1994,82 (1):177-183.

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X324[文獻碼]B

1000-405X（2016）-3-363-1