垂直流人工湿地处理生活污水的影响因素分析

1、垂直流人工湿地处理生活污水的影响因素分析胡小兵,鲍静,周俊(安徽工业大学环境工程系,安徽马鞍山243002摘要:选用鸢尾、酸模、兰草、葱兰这4种陆生植物构建垂直流人工湿地并处理生活污水,考察了水力停留时间、水力负荷、温度以及湿地植物种类对处理效果的影响。结果表明:在较长水力停留时间(24h左右、较低水力负荷(03m/d条件下,湿地系统对污染物的去除率较高;随着温度的升高,湿地系统的除污效果提高;湿地中植物的长势好于自然环境中的,其中酸模的净化能力最强,其生长成熟时对氨氮、总磷的去除率稳定在95%左右,对COD的去除率在60%左右。关键词:生活污水;垂直流人工湿地;陆生植物中图分类号:X703文

2、献标识码:C文章编号:10004602(201111006903 Analysis of Affecting Factors in Treatment of Domestic Sewage with VerticalFlow Constructed WetlandHU Xiao-bing,BAO Jing,ZHOU Jun(Department of Environmental Engineering,Anhui University of Technology,Maanshan243002,China Abstract:A vertical flow constructed wetland

3、was built with4terrestrial plants of iris,garden sor-rel,bluegrass,Zephyranthes,and used to treat domestic sewageThe influence of hydraulic retention time(HRT,hydraulic loading rate(HLR,temperature and wetland plant species on the treatment effect was investigatedThe results show that under conditio

4、ns of longer HRT(about24hand lower HLR(03m/d,high removal rates of pollutants can be achievedWith increasing temperature,the treatment effect is improvedThe plants in the constructed wetland grow better than those in natural envi-ronment,and garden sorrel has the best purifying roleWith the garden s

5、orrel growing,the removal rates of ammonia nitrogen and total phosphorus are95%stably and that of COD is about60%Key words:domestic sewage;vertical flow constructed wetland;terrestrial plant人工湿地是人工建造的、可控制的湿地系统,是一种人为将石、砂、土壤、煤渣等一种或几种介质按一定的比例构成基质,并有选择性地种植植物的污水处理生态系统1。人工湿地污水处理系统具有净化效果显著、建设和运行费用低、对负荷变化适应

6、能力强、管理方便等优点,且不易造成二次污染,可产生一定的经济效益和社会效益,近年来越来越受到人们的重视,但目前对垂直流人工湿地的研究相对较少,湿地中选用的植物也主要是湿生植物2。笔者选用4种陆生植物种植于垂直流人工湿地中处理生活污水,以扩大湿地种植植物的范围,增强人工湿地的实用性。1材料与方法1.1人工湿地构建试验选用鸢尾、酸模、兰草、葱兰这4种陆生植物。湿地由有机琉璃加工而成,尺寸为06m06 m06m,分别在上端和底部设置布水管和集水管,取样点位于水箱出水管处。湿地下层(厚为12 cm填充粒径为3 6cm的卵石;中部沙层(厚为12 cm分为2层,下部为粗沙层(厚为6cm,粒径为1 mm,上

7、部为细沙层(厚为6cm,粒径为50 100m;表层土壤厚为20cm,种植鸢尾。另设3个对比第27卷第11期2011年6月中国给水排水CHINA WATERWASTEWATERVol27No11Jun2011试验,3个大塑料桶做成反应器,其结构、基质与湿地相同,上层土壤中分别种植葱兰、酸模、兰草。1.2原水水质与分析方法试验原水采自安徽工业大学宾馆的生活污水,其COD为3352 14440mg/L、氨氮为590 2630mg/L、TP为037 756mg/L、浊度为933 10670NTU、pH值为77 81。COD、氨氮、TP 分别采用重铬酸钾法、纳氏试剂比色法、钼锑抗分光光度法测定。2结果与

8、讨论2.1运行参数对人工湿地处理效果的影响2.1.1水力停留时间(HRT的影响HRT决定了污水与湿地的接触程度,对处理效果有很大影响,根据试验运行情况,设计4个HRT 水平(6、12、24和48h,考察不同HRT下湿地系统对生活污水的处理效果。结果表明,随着HRT的延长,对COD、氨氮、TP的去除率均提高,当HRT=24 h时湿地系统的除污效果最好,各湿地系统对COD 的去除率均达到60%以上、对氨氮的去除率在98%左右、对TP的去除率基本上稳定在90% 95%,这是因为硝化菌的增殖速度为1d1左右,因此HRT 为24h时,微生物数量骤增。HRT为48h时湿地系统对污染物的去除率没有太大变化,

9、除磷率略有下降,这是因为过长的HRT使得污水中出现部分厌氧状态,促进了聚磷菌释磷。2.1.2水力负荷(HLR的影响根据湿地的运行情况设计3个HLR(02、03、04m/d,不同HLR下湿地系统对生活污水的处理效果见表1。表1不同HLR下湿地对生活污水的处理效果Tab1Treatment effect of sewage by wetlands underdifferent HLR%项目COD去除率氨氮去除率TP去除率葱兰酸模兰草葱兰酸模兰草葱兰酸模兰草HLR/ (m·d102412523645971972972834830840 034208036899839859849239609

10、22 04417634585989970982882897915由表1可知,适中的HLR有利于水质净化,当HLR较低(02m/d时,HRT过长,对COD、TP的去除率反而不高,且厌氧对COD、TP的去除率本身就较低。当HLR过大时,污水在系统内停留时间较短,部分吸附在生物膜表面的有机物还来不及降解就被水流带出系统,使得对COD的去除率下降。HLR对去除氨氮的影响与对去除COD的相似,但影响程度明显小些。由表1不难看出,HLR为03 m/d时湿地系统的除污效果最好。2.1.3温度对出水水质的影响试验于2008年3月9月进行,试验期间环境温度为15 35。从试验可知,随着温度的升高,湿地的除污能力

11、增强,当温度从15升到35时,出水 COD值由268mg/L下降到148mg/L。这是因为较高的温度促进了植株的生长,植株根系发达,提高了输氧能力,增强了对氮、磷等营养物质的吸收能力。此外,较高的温度也促进了微生物的繁殖,提高了其生物活性,增强了对有机污染物的去除能力。对氨氮的去除主要依靠微生物的硝化和反硝化作用,它与温度和pH值密切相关。本试验中pH值较稳定,而温度的提高有利于硝化菌的繁殖,35左右恰在硝化菌的最适温度范围内,此时对氨氮的去除率最高(987%,出水氨氮值只有01mg/L。对TP的去除主要依靠微生物的降解和植物的吸收作用,而温度的升高有利于生化反应和植物的生长,因此对TP的去除

12、率也达到了90%。2.2湿地植物对处理效果的影响2.2.1不同植物的处理效果在HRT=24h、HLR=03m/d的条件下,不同植物净化污水的能力如图1所示。图1不同植物对污染物的去除率Fig1Removal rate of pollutants by different plants在人工湿地系统中,植物根系周围存在好氧区与厌氧区的交替环境,植物根系发达,周围微生物多,除污能力强。4种植物中,酸模、鸢尾的根系较发达,而兰草的根系长势最旺盛,因此酸模、鸢尾、兰草对COD的去除能力要略大于葱兰的;但各植物系统对NH3N的去除率相差不大,这可能是因为装置较小,氨氮主要被植物消耗和基质截留。4种植物除

13、磷率的大小排序为酸模兰草葱兰鸢尾,第27卷第11期中国给水排水wwwwatergasheatcom酸模的根系发达、粗壮,好氧区范围较大,抑制了磷的释放,使得除磷率较高。综合来看,酸模对氨氮和总磷的去除效果最好,对COD 的去除率也居中,故选择酸模作为人工湿地的最佳植物。2.2.2植物生长状况与处理能力的关系在湿地中种植酸模,研究植物生长情况与处理效果的关系。在湿地装置中选取3棵植株(分别记为1#、2#、3#,同时在植物的原始生长地也分别选取3棵植株(分别记为4#、5#、6#作为对比,通过植株高度来代表植物的生长量,考察植物生长量与除污效果的关系,每隔1周对植物高度进行一次测量,共测量5次。在试

14、验测定期内,湿地系统中植株高度增长很快,平均增长率为27%,而自然环境中的植株增长率仅为12%,可见湿地中植物的生长速率明显快于自然环境下的。此外,湿地系统中的植物一直保持良好的生长状态,而自然环境下生长的植物在试验后期生长很缓慢,可见湿地中的植物延长了生长期。植物生长情况对除污效果的影响见图2 。图2酸模生长状况对处理效果的影响Fig2Influence of gardon sorrels growth on treatmenteffect从图2可以看出,对COD 的去除率随植株高度的增长而提高,在株高达到450cm 后对COD 的去除率达到70%。但是在第4周出现了病虫害现象,导致植物茎叶

15、损伤,去除率下降,虽然及时治理,但对除污效果仍有一些影响,1周后基本能恢复到正常水平,去除率达到60%左右。随着植物生长量的增加,对氨氮、TP 的去除率也上升,最终稳定在95%左右,由于进水中氨氮、总磷浓度相对较低,病虫害现象没有对其去除率造成太大影响。3结论在垂直流人工湿地中,运行参数对处理效果有很大影响,当水力停留时间在24h 左右、水力负荷在03m /d 时,对污染物的去除效果最好;温度对湿地的处理效果影响显著,当温度为35时除污效果最好;湿地床中的植株增长率基本上比自然界中的高15%;不同植物系统对污染物的去除效果不同,经综合比较发现酸模的处理能力较强,随着生长量的增加,其对氮、磷的去除率也增加,但酸模的生长周期较短,易为虫害所影响,需加强日常管理。参考文献:1刘超翔,胡洪营人工复合生态床处理低浓度农村污水J 中国给水排水,2002,18(7:142王晟,徐祖信,李怀正,等植物根系对垂直流人工湿地水力条件的影响J 同济大学学报:自然科学版,2008,36(4:5195243雒维国,王世和,钱卫一,等潜流型人工湿地除磷效果研究J 安全与环境工程,2004,11(4:2125电话:135