現有人工濕地污水處理工藝改進性研究

鄭凌之

(梅州市環境監測中心站，廣東 梅州 514021)

現有人工濕地污水處理工藝改進性研究

鄭凌之

(梅州市環境監測中心站，廣東 梅州 514021)

在梅州市五華縣縣城污水廠人工濕地中試現場，結合查閱相關資料，了解了該人工濕地的工藝參數，對人工濕地中基質、植物及運行方式進行了試驗研究。通過改變人工濕地基質、出水回流、增加水力停留時間及改進濕地植被種類，總磷、氨氮、總氮的最佳去除率分別達到85.9%、84.8%、47.9%，出水濃度分別達到0.44 mg/L、2.4 mg/L、11.2 mg/L。

污水處理；人工濕地；改進性研究；脫磷除氮；小城鎮

1 研究背景

用人工濕地方法處理城鎮污水，與其他常規工藝相比，具有效率高、投資低、低運轉費用、低維持技術、低耗能和出水水質好、環境效益大等多項優點。采用人工濕地污水處理技術，要結合不同地區的具體情況深入開展實驗研究，以獲得針對不同地區特點、不同環境氣候條件及不同污水特性的人工濕地污水處理效果及相關實用數據。

本文對現有污水處理廠人工濕地進行試驗研究，主要是為保證水廠出水指標符合環保部門審批中的排放標準要求，尤其要滿足排放標準中對氮磷指標的要求。氮磷是造成水體富營養化的主要原因，富營養化會破壞水生態系統平衡，影響水體功能，控制好氮磷污染物指標的排放濃度十分重要。本研究通過對縣城污水污染物的分析，在對實驗結果進行分析的基礎上，指出了人工濕地存在的不足，提出了一些改進措施。所得研究成果為梅州市縣城污水廠一級強化處理+人工濕地示范工程提供了重要的數據參考[1,2]。

2 實驗部分

2.1 監測點位與監測頻次

在污水處理廠細格柵后進水和二級出水總排口設置2個點位。

2.2 監測頻次

每月初采樣，連續3d，1d 4次。

2.3 結果與分析

2012—2013年1個周期年的監測情況如表1所示。

表1 主要污染物監測結果匯總表 (mg/L)

2.4 現有工藝污染物去除效果分析

2.4.1 去除有機物效果分析

現有工藝對有機物的去除效果良好，監測的CODCr出水濃度值在15.7 ～28.7 mg/L，出水水質遠低于排放標準，去除效率在72%以上。在沒有超過設計工藝負荷的情況下，去除效率隨著污水進廠濃度的增大而呈現增高趨勢。

2.4.2 去除氨氮效果分析

現有工藝對氨氮的去除效果隨溫度的變化較大，去除效率為56.1%～82.0%。氨氮出水濃度值在2.3 ～6.2 mg/L，出水水質低于排放標準。在實際現場的觀察中，發現植物的生產情況與氨氮的去除關系明顯。

2.4.3 去除總磷效果分析

現有工藝對總磷的去除效果較好，監測的總磷出水濃度值在0.77 ～1.62 mg/L。由于排放標準的提高，在水質波動的情況下，有時總磷的排放濃度要高于排放標準值，總磷的去除效率是制約人工濕地工藝的最主要因子。

2.4.4 去除總氮效果分析

現有工藝對總氮的去除效果不好，監測的總氮出水濃度值在10.7 ～16.5mg/L，出水水質低于排放標準。總氮在沒有超過設計工藝負荷的情況下，去除效率隨著污水進廠濃度的增大而呈現增高趨勢。

3 現有人工濕地系統改進性研究

3.1 試驗條件

表2 水質條件 (mg/L)

水深設計為1.5 ～2.0 m。試驗現場污水廠的人工濕地系統分8座，并聯運行，每座分4段處理池，設計處理污水規模為2500m3/d。可8套并聯運行的人工濕地系統從1～8號順序編號。試驗準備時間為3—7月，試驗進行時間為8月—次年1月。

3.2 人工濕地系統中基質改進性設計

從物理性質上考慮，在池內部填充多孔的、有較大比表面積的基質，對系統污染物的去除有以下促進作用：能改善人工濕地的水力學性能，能給微生物提供更大更有效的附著面，從而增強整個系統去除污染物的能力。從基質的化學特性上分析，人工濕地如選用石灰石或礦渣、粉煤灰等，這些材料的特性對磷吸附能力好，可以達到較好的去磷效果；而選用煤灰、沸石、累托石等基質，則能夠有效提高去除氨氮的效率[3,4]。

3.3 水力停留時間改進性設計

潛流人工濕地的一級動力學模型多參數的計算結果[5]：水力停留時間愈長，污染物去除率愈高。因此，可以通過增加水力停留時間提高對污染物的去除效率。可以通過2種方式實現：

回流式進水的方式：①可對進水進行一定的稀釋，減輕濕地的污染負荷；②增加水中的溶解氧，采用低揚程水泵，通過水力噴射的方式進行充氧；③增加污水的水力停留時間。本設計中3號池采用處理后回流的方式提高污水的去除效率。

第二種方式是通過改變原來人工濕地連續進水，調整為間歇式進水的方式增加水力停留時間。本設計4號池采用間歇式的進水方式。

3.4 植物改進性設計

篩選適宜的人工濕地植物，對提高和穩定人工濕地的凈化功能具有重要意義。植物的選擇應盡量考慮增加系統的生物多樣性，生態系統的物種越多，結構越復雜，穩定性較強的植被有助于磷的去除。對于潛流人工濕地，種植具有濃密和較長根系的濕地植物較為理想[6]。

現有濕地的植被為一級、二級生物池水葫蘆，一級、二級碎石床主要選用蘆葦、席草、蒲草、美人蕉、傘草、風車草。

本文改用對脫磷除氮效果好的、在本地生長容易種植的、且有觀賞價值的植物，對其脫氮除磷效果進行研究，旨在為人工濕地脫氮除磷工程應用提供多種植物選擇。有研究表明[7]，通過對潛流濕地系統中蘆葦、香蒲的收割實驗發現，每克干重蘆葦、香蒲能凈吸收污水中32 mg氮。因此，在5號池體中前2級適當增加植被間距，同時在6號池體改變植物種類。在第一級碎石池種植蘆葦、香蒲和蘆竹，二級碎石池種植風車草、美人蕉，間距約為30 ×50 cm。

4 試驗結果分析

4.1 水質監測點位和監測頻次

在1～6號池的出水口位置各設置1個監測點位，監測項目為氨氮、總磷、總氮。每個月月初連續采樣3d，1d采樣4次，采樣期180d。

4.2 水質監測結果

表3、表4、表5為所得監測數據。

表3 總磷監測結果匯總表 (mg/L)

表4 氨氮監測結果匯總表 (mg/L)

表5 總氮監測結果匯總表 (mg/L)

4.3 改進性工藝污染物去除效果分析

4.3.1 對總磷的去除效率分析

從圖1可以看出：通過改變人工濕地基質、出水回流及改進濕地植被種類，可以明顯提高總磷的去除效率。

4.3.2 對總氮的去除效率分析

從圖2可以看出：通過改變人工濕地基質、增加水力停留時間及改進濕地植被種類，可以明顯提高總氮的去除效率。

4.4 小結

通過改變人工濕地基質、出水回流及改進濕地植被種類，明顯提高了污水中總磷的去除效率，總磷的最佳去除率達到85.9%，出水總磷濃度為0.44 mg/L。通過改變人工濕地基質、改進濕地植被種類，可以提高氨氮的去除效率，氨氮最佳去除率達到84.8%，出水氨氮濃度為2.4 mg/L，但是增加水力停留時間反而降低氨氮的去除效果。通過改變人工濕地基質、增加水力停留時間及改進濕地植被種類，均可以明顯提高總氮的去除效率，總氮最佳去除率達到47.9%，出水總氮濃度為11.2 mg/L。與原有人工濕地工藝相比，改進性人工濕地不僅減輕濕地的污染負荷，增加水中溶解氧，同時提高了水質污染物的去除效率。

5 結論

試驗期間，在梅州市五華縣縣城污水廠人工濕地中試現場，結合查閱相關資料，了解了該人工濕地的工藝參數，對人工濕地中基質、植物及運行方式進行了試驗研究。經測定污水廠進口污水和處理后出口水水質中化學需氧量、氨氮、總氮、總磷等指標的濃度，取得如下結果：

(1)使用一級強化處理后，再經人工濕地系統凈化水質，COD的處理效率達到72%以上，出水水質COD濃度在25mg/L左右，去除有機物效果較好。

(2)濕地系統采用煤渣和礫石的混合料作為基質濾料后，與之前濕地系統的單一采用礫石作為基質相比，前者對NH3-N和TP的去除效率較高。填料的選擇從盡量就地取材、容易獲得且價格便宜的角度考慮，因此可以改用混合填料作為基質。

(3)優選適合本地生長的，并在各種污水濃度下去除效果好的植物。第一級碎石池適合種植蘆葦、菖蒲和蘆竹，二級池適合種植風車草、美人蕉。

(4)在一級生物池中適當控制植株的密度可避免影響水面復氧。

(5)冬季蘆葦及蘆竹枯萎時要及時收割，收割后蘆竹可以作為保溫材料覆蓋在池體上,有利于提高微生物對污染物的去除效率。

[1]吳彩斌,向速林,魯秀國. 處理農村生活污水的生物接觸氧化-人工濕地組合工藝[J].湖北農業科學,2008,47(1):44-46.

[2]白永剛,吳浩汀. 滴濾池-人工濕地組合工藝處理農村生活污水[J]. 中國給水排水, 2007,23(17):55-57.

[3] 徐麗花,周琪. 不同人工填料人工濕地處理系統的凈化能力研究[J]. 上海環境科學,2002,21(10):603-605.

[4] 徐麗花,周琪. 人工濕地控制暴雨徑流污染的實驗研究[J]. 上海環境科學,2002, 21(5):275-277.

[5] 李麗. 潛流人工濕地去除生活污水中氮磷的試驗研究[D]. 上海:華東交通大學，2008.

[6] 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(12):73-76.

[7] Fennessy M S, Cronk J K, Mitsch W J. Macrophyte productivity and community development in created freshwater wetlands under experimental hydrological conditions[J]. EcolEng, 1994, 3(4): 469-484.

Applied Research on Improving Treatment Technology of Constructed Wetland System

ZHENG Ling-zhi

(Meizhou Station of Environment Monitoring, Meizhou, Guangdong 514021, China)

The experimental study on the existing constructed wetland in Wuhua County was conducted in Meizhou. The process parameters, the substrate, plants, and operation ways of the wetland were tested. The optimal removal rates of total phosphorus, ammonia, and total nitrogen were 85.9%, 84.8%, and 47.9% respectively after adjusting the substrate of the wetland, the varieties of plants, the back flow, and increasing the water detention time. The after concentrations of the pollutants were 0.44 mg/L, 2.4 mg/L, and 11.2 mg/L respectively.

wastewater treatment;constructed wetland; improved research; removal of nitrogen and phosphorus; small town

2016-12-27

X703

A

1673-9655(2017)03-0095-04