垂直流人工濕地處理鐵路車站生活污水試驗研究

王 茂 玉

(蘭州鐵道設計院有限公司，甘肅 蘭州 730000)

垂直流人工濕地處理鐵路車站生活污水試驗研究

王 茂 玉

(蘭州鐵道設計院有限公司，甘肅 蘭州 730000)

將預處理與垂直流人工濕地組合工藝相結合，處理生活污水，通過對人工濕地組合工藝對不同季節運行效果、水力負荷、污染負荷等運行參數分析系統對COD，BOD5，TP，TN，SS的處理效果，研究結果表明垂直流濕地系統對COD，BOD5，SS都有很高的去除率，為鐵路車站垂直流人工濕地的設計、運行管理提供了參考的經驗和數據。

垂直潛流，有機物，去除率

0 引言

目前，水污染已成為全社會最為關注的環境問題之一，污水必須經過處理，達標后方可排放。遠離市政排水管網鐵路中小車站生活污水處理的主要措施主要以建設生物處理為主體工藝的二級生化污水處理為主，由于二級生化污水處理的運營管理復雜，運營費高，致使部分已建成的處理站難以正常運行。因此，急需研究開發投資較少，占地面積較小，運行費用低廉，維護管理相對簡單、低耗的新技術和工藝。人工濕地具有運行費用低、耗能低、穩定性好、具有脫氮除磷效果好等優點目前已被許多國家廣泛關注與應用[1]，在鐵路中小型車站污水處理方面具有較好的應用前景。

人工濕地系統按水流形式可分為表面流和潛流兩種類型[2]，通過調查，因表面流人工濕地水流在表面流動，在氣候寒冷地區濕地表面會結冰，處理效果嚴重下降，故不適合寒冷地區采用；而潛流型人工濕地中，水流在濕地種植層表面下流動，具有可以充分利用基質填料生長附著的生物膜、發達的植物根系和種植層土及基質截留作用等優點，且因水流在種植層下流動，保溫效果好，處理效果受氣溫影響相對較小，衛生條件也好，較適合于寒冷地區應用及推廣。潛流型人工濕地可分為垂直潛流和水平潛流。垂直潛流人工濕地因水流從濕地種植層垂向流過濾料床的底部，床體處于不飽和狀態，溶解氧可通過大氣擴散和植物傳遞進入人工濕地基質層。因此，垂直潛流人工濕地的硝化能力強于水平潛流型人工濕地，用于處理含氮濃度較高的污水具有優勢。故本次試驗采用垂直潛流型人工濕地作為試驗模型。

1 研究目的及意義

垂直流人工濕地系統通常應根據污染物負荷或水力負荷來進行設計，目前國內外大量的人工濕地污水處理系統工程技術研究表明，系統能承受有機污染負荷及水力負荷隨污水性質、進水流態而變化，降低水力負荷有利于提高系統的處理后出水效果。因此，在滿足不同水質處理標準及不同污水類型的前提下，如何確定垂直流人工濕地系統應用于處理鐵路車站生活污水最佳水力負荷、最佳污染物負荷、寒冷地區對其影響，是本次研究和解決的重要目的及意義。

2 試驗研究內容

2.1垂直潛流濕地系統構造及工藝流程

垂直潛流人工濕地在種植層已設置配水系統，底部設置豐字形排水系統，冬季不易結冰，便于濕地冬季保溫。

本實驗模型濕地建在學校校園內，濕地占地面積為80 m2，分為兩格，單格尺寸為：8.0 m×5.0 m；兩個單元分別采用不同的池深，其中Ⅰ池深1.10 m，Ⅱ池深1.30 m，以便測定池深對污水處理效果的影響；每格配有各自獨立的布水與排水系統，穿孔布水管設置在種植層以下0.20 m處，豐字形集水管設在濾料底部，其工藝流程如圖1所示。

2.2試驗用水水質

試驗用水來自大學某生活小區生活污水，其特點是污染負荷較低典型生活污水水質，水質見表1。

表1 進水水質

3 試驗結果及分析

本次試驗研究從濕地建造、調試到整個人工濕地系統穩定運行后進行相關參數分析及實驗，通過試驗研究，分析得出垂直流人工濕地系統對生活污水處理時受其季節氣溫變化、植物種類及其生長情況、運行水力負荷及污染物負荷等。

3.1季節變化對垂直流人工濕地處理效果的影響

因季節不同室外氣溫亦不同，溫度的變化將影響垂直流人工濕地處理效果。

3.1.1試驗條件

污水經初沉池沉淀后直接進入人工濕地；水力負荷為0.1 m3/(m2·d)。當進水CODCr負荷為150 mg/L～200 mg/L時，對應的污染物負荷為15 g/(m2·d)～20 g/(m2·d)。

3.1.2運行效果分析

圖2表示了試驗模型濕地在試驗期間出水污染物濃度隨季節變化規律，可以看出夏季各項出水指標最低，而冬季出水指標均高于其他季節。這可能是由于冬季溫度低，濕地內植物停止生長及濾料內微生物活性也較低造成。

圖3給出了試驗模型濕地一周年污染物去除率在不同月份的變化規律。可以看出在12月～次年3月期間NH3-N和TN兩項指標的去除率明顯下降，而TP的去除率雖有下降但不明顯，其他各項指標的去除率在全年各時間段均較高，去除率大于70%。

3.2水力負荷及污染物負荷對人工濕地處理效果的影響

進水條件：試驗期間進水流量控制在6 m3/d，對應的水力負荷為進水CODCr濃度采用在污水中按比例添加自來水進行稀釋調節。

運行方式：采用了4種不同進水CODCr濃度負荷，每15 d調節負荷一次；采用間歇進水，每次進水量控制在1 m3，每4 h進水一次，進水瞬時流量15 m3/h，濕地水位控制在最低值。

3.2.1水力負荷對人工濕地處理效果的影響

圖4,圖5表示了模型濕地出水污染物濃度及污染物去除率隨水力負荷的變化情況。可以看出，隨著模型濕地進水水力負荷的減小其出水污染物濃度各項指標均明顯下降，而污染物去除率均呈上升趨勢。從圖5看出，模型濕地對SS的去除率最高，在不同負荷情況下均在80%以上；而對BOD5及COD去除率次之，在不同負荷情況下均大于70%；模型濕地對NH3-N和TN的去除率較低，在最大負荷情況下只能達到30%多一點；模型濕地對TP的去除率變化較大，當水力負荷增大到0.1 m3/(m2·d)以上時其去除率快速下降，在最大負荷情況下只有40%左右。

3.2.2污染物負荷對人工濕地處理效果的影響

圖6,圖7表示了模型濕地出水污染物濃度及污染物去除率隨COD污染負荷的變化情況，可以看出，隨著模型濕地進水COD污染負荷的減小其出水污染物濃度各項指標均明顯下降，而各項污染物去除率的變化趨勢不一致，NH3-N和TP的去除率隨COD污染負荷的減小而有所提高，TN的去除率卻呈下降趨勢，其他各項指標的去除率變化趨勢不明顯。從圖7看出，模型濕地對SS的去除率最高，在不同負荷情況下均在80%以上；而對BOD5及COD去除率次之，在不同負荷情況下均大于60%；模型濕地對NH3-N,TN和TP的去除率較低。

4 結語

1)隨著模型濕地進水水力負荷的減小其出水污染物濃度各項指標均明顯下降，污染物去除率均呈上升趨勢。

2)模型濕地在不同水力負荷條件下運行時，對COD,BOD5及SS的去除率較高，基本在70%以上；而對TN,NH3-N和TP的去除率較低，基本在30%～80%之間。

3)在變水力負荷試驗中，當進水水力負荷為0.10 m3/(m2·d)(對應的COD負荷為16.4 g/(m2·d))時，出水各項濃度指標均小于污染物排放標準，當進水水力負荷為0.15 m3/(m2·d)(對應的COD負荷為28 g/(m2·d))時，出水COD,BOD5及TP濃度接近或略超出污染物排放標準。

4)在變COD濃度負荷試驗中，當進水COD污染物負荷為18 g/(m2·d)及進水水力負荷為0.15 m3/(m2·d)時，出水各項濃度指標均小于或接近污染物排放標準，當進水COD污染物負荷為28 g/(m2·d)及進水水力負荷為0.15 m3/(m2·d)時，出水COD,BOD5,NH3-N,TN及TP濃度超出了污染物排放標準。

5)綜合變水力負荷試驗與變COD濃度負荷試驗結果，當進水水力負荷小于0.1 m3/(m2·d)和進水COD負荷為18 g/(m2·d)時，出水各項指標低于污染物排放標準。

[1] 張健美.人工濕地污水處理技術[J].污染防治技術，2010,23(5):99.

[2] Hans brix use of constructed wetland in water pollution control historical development, present status, and futrueerspedtives[J]. Wat Sci Tech,1994,30(8):209-223.

[3] J.M.Amezaga, L.Santamaria, A.J.Green. Biotic wetland connectivity-supporting a new approach for wetland policy[J]. international journal of ecology,2002(23):213-222.

[4] 朱 彤,許振成,故康萍.人工濕地污水處理系統應用研究[J].環境科學研究,1991,4(5):17-22.

[5] 張虎成,俞穆清,田 衛.人工濕地生態系統中氮的凈化機理及其影響因素研究進展[J].干旱區資源與環境,2004,7(4):163-167.

Studyonverticalflowconstructedwetlandfortreatmentofrailwaystationdomesticsewage

WangMaoyu

(LanzhouRailwayDesignInstituteCo.,Ltd,Lanzhou730000,China)

The pretreatment and vertical flow artificial wetland group technology combined sewage treatment, through the combined process of constructed wetland in different seasons, the running effect of hydraulic loading, pollution load and other operating parameters analysis system for COD, BOD5, TP, TN, SS of the treatment effect, the results show that the vertical flow wetland system had removal rate very high on COD, BOD5, SS, provides reference experience and data for the design of railway station, vertical flow artificial wetland management.

vertical-flow undercurrents, organic substance, removal rate

X703.1

A

1009-6825(2017)26-0125-02

2017-07-05

王茂玉(1963- )，男，高級工程師