農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.上海禾元環保集團有限公司上海2012042.合肥市市政設計研究總院有限公司安徽合肥230000 3.安徽省交通航務工程有限公司安徽合肥230000）

農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.上海禾元環保集團有限公司上海2012042.合肥市市政設計研究總院有限公司安徽合肥230000 3.安徽省交通航務工程有限公司安徽合肥230000）

本研究利用小型人工濕地系統處理農村生活污水，探討氨氮和磷酸鹽在不同類型人工濕地內的去除效果。實驗結果顯示，污水進入表流濕地后，前0.4d內，氨氮去除率約10%，后續的去除效果開始趨于平緩，離開表流濕地時，總相對去除率只有15%。進入潛流濕地后，氨氮的去除效果快速上升，離開潛流濕地時，氨氮的總累計去除率約47%。磷酸鹽在初進入表流濕地時，去除率不升反降，在系統后段才開始有明顯的去除效果，總計約15%的磷酸鹽在表流濕地中被去除；進入潛流濕地后，去除效果明顯提高，最后累計約有60%的磷酸鹽被去除。

人工濕地；農村生活污水；生態治理

1 引言

人工濕地是一種以人為方式操縱及控制濕地系統環境的綠色環保技術，其凈化水質的機制主要包括過濾、吸附、沉淀及生物降解等[1]。農村生活污水污染負荷較低，水量不穩定，如采用傳統處理工藝，污水廠建設及運行成本較高[2]。人工濕地系統具有較高的抗沖擊負荷能力，在實際運行過程中，水量不穩定不僅不會增加人員和能源上的費用，而且適當的流量落差反而可增加人工濕地對營養鹽的去除效果[3]。同時，農村地區土地資源豐富，占地面積不會成為人工濕地建設的主要限制因素，對人工濕地占地進行合理規劃，還可增加一定的景觀、休閑功能[4]。本研究通過在皖南山區農村采用人工濕地系統進行農村生活污水試驗研究，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及沿程不同停留時間點的去除效果，進而指導人工濕地的實際應用與推廣。

2 材料與方法

2.1 試驗設施

本人工濕地系統以皖南山區某農村排放的生活污水作為試驗對象。人工濕地系統（圖1）為一長方體，由混凝土及不銹鋼板組成，長、寬、高分別為5m、3m和0.6m。該人工濕地系統包括表流濕地（Surface Flow Wetland，SFW）和潛流濕地（Su3surface Flow Wetland，SSFW），兩種類型人工濕地串聯而成，后面接一景觀生態池。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，一方面減少短流現象，另一方面使得濕地系統更接近于推流式反應器。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；系統后方的生態池放植景觀睡蓮。

2.2 試驗條件及進水水質

人工濕地系統啟動期持續一個月，主要進行濕地植物培育和生物膜生長，一個月后開始進行主要試驗研究，進水量穩定在7.8m3/d左右，試驗期為2015年3月—2015年10月，共持續8個月。試驗用水通過提升泵自排水溝抽取污水進入儲水池進行初步沉淀，然后由儲水池進入濕地系統。由于排水溝內的生活污水混合了一定量地下水，其水質較正常生活污水偏低，具體水質指標見下表1。

表1 人工濕地系統進水水質

2.3 采樣與分析

圖1 人工濕地系統圖

人工濕地系統共設7個采樣點，其中，采樣點T1至T4位于SFW系統中，采樣點p1至P3位于SSFW系統中。人工濕地系統穩定后開始進行水樣采集與監測，采樣頻率為每周一次，本研究主要對NH3-N和PO4-P進行分析討論。

3 結果與討論

3.1 NH3-N的去除效果

圖2為人工濕地中NH3-N平均進出水濃度的相對比較，相互之間存在一定的線性關系，其相關性為0.587。雖然存在少部分時間段內處理效果不佳，但整體而言人工濕地對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，污水在進入SFW系統后的前0.4d，NH3-N的處理效果較好，去除率約10%，在接下來的1d內，NH3-N去除效果開始趨于平緩，污水離開SFW系統時的NH3-N相對去除率只有約15%。污水進入SSFW系統后，NH3-N的去除效果明顯上升，NH3-N在SSFW系統中相對去除率約36%，最終污水離開人工濕地時累計共有約47%的NH3-N去除率。通過NH3-N在濕地內沿程各取樣點的去除率分析，SSFW系統對于NH3-N的去除效果優于SFW系統，主要是由于濕地植物體死亡后，殘骸進入SFW系統，并釋放出營養鹽，造成SFW系統中的NH3-N濃度升高，而SSFW系統中由于有礫石層的阻隔，植物殘骸很難進入系統內。Jos T.A.Verhoeven[4]對人工濕地的研究表明，人工濕地對NH3-N的去除率最低只有10～15%，而經過植物收割或利用濕地內水位的落差等其他方法，可以將處理效果提升到30%～40%左右。本試驗中NH3-N去除率也與其研究結果接近。

圖2 NH3-N進出水濃度相對比較

圖3 NH3-N在各系統中的去除率

3.2 PO4-P的去除效果

圖4為人工濕地中PO4-P平均進出水濃度的相對比較，相互之間相關性較差。圖5為PO4-P在各單元中的去除率比較，由圖5可知，污水在初進入SFW系統的前0.7d內，SFW系統內的PO4-P濃度反而高于進水濃度，PO4-P去除率出現負值的現象，經分析，可能的原因為：在試驗期間，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枯死的現象，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。污水在進入SFW系統約0.7d后才開始對污水中的PO4-P有去除作用，當污水流出SFW系統時，PO4-P的去除率只有約7%。污水中PO4-P的去除主要發生在SSFW系統內，在SSFW系統內的前0.3d，PO4-P的去除率提升較快，之后開始稍微下降，約在進入SSFW系統0.6d后又開始快速回升，最后，PO4-P在SSF系統內的相對去除率約為58%。污水經過SFW和SSFW系統累計停留時間約2.2d，PO4-P在整個人工濕地內的總去除率約60%，出水中PO4-P平均濃度為0.496mg/L。

圖4 PO4-P進出水濃度相對比較

圖5 PO4-P在各系統中的去除率

4 結論

（1）農村生活污水經過SFW系統和SSFW系統后，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水質指標的一級A排放標準最高限值；

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

（3）PO4-P在人工濕地內去除主要發生在SSFW系統內，在SSFW系統中相對去除率達58%左右；

（4）人工濕地在實際運行過程中要不定期收割濕地植物，從而保持人工濕地對污染物的持續高效去除。參考文獻

[1]夏漢平.人工濕地處理污水的機理與效率[J].生態學雜志，2002（4）:52-59.

[2]李先寧，呂錫武，孔海南，等.農村生活污水處理技術與示范工程研究[J].中國水利，2006，17:19-22.

[3]Meuleman A F M.Waterzuivering door moerassystemen: onderzoeknaardewater-enstof3alansenvanrietinfiltratieveld Lauwersoog[J].1994.

[4]Rousseau D P L，Lesage E，Story A，et al.Constructed wetlands for water reclamation[J].Desalination，2008，218（1-3）:181-189.

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

葛?。?989—），男，安徽安慶人，碩士，助理工程師，主要從事水污染防治技術研究。