蚯蚓人工湿地水质净化效果研究

1、蚯蚓人工湿地水质净化效果研究徐雪玲第一作者：徐雪玲，女，1982年生，硕士，主要从事水污染控制与水处理技术研究。 李先宁（东南大学环境工程系，江苏 南京 210096）摘要 在人工湿地中加入微型动物爱胜蚯蚓，可延长人工湿地中的食物链，健全湿地系统。研究了蚯蚓人工湿地和对照人工湿地对农村生活污水中COD、氨氮、TN和TP的去除效果：蚯蚓人工湿地对COD、氨氮、TN、TP的平均去除率分别为88.11%、75.97%、61.98%、89.18%；而对照人工湿地对COD、氨氮、TN、TP的平均去除率分别为83.00%、68.68%、52.45%、78.86%。表明蚯蚓人工湿地表现出较好的抗冲击能力。关

2、键词 人工湿地 爱胜蚯蚓 农村生活污水Research on purification of sewage in earthworm wetland Xu Xueling，Li Xianning.(Department of Environmental Engineering，Southeast University，Nanjing Jiangsu 210096)Abstract：Optimization of wetland system was realized by adding subminiature animal-Eiseniafoetid to Constructed Wetla

3、nd to prolong Food Chain of wetland system. The earthworm wetland and constructed wetland were employed on the treatment of rural sewage, the efficiency of the two wetlands were investigated and compared, removal rate of COD, NH4+, TN and TP in constructed wetland were 83.00%, 68.68%, 52.45% and 78.

4、86%, while the removal rate of COD, NH4+, TN and TP in earthworm wetland were 88.11%, 75.97%, 61.98% and 89.18%. Earthworm wetland presented better performance for its treatment efficiency and resisting- impact ability.Keywords：constructed wetland；Eiseniafoetid；rural sewage富营养化是太湖水体污染的重要特征1，未经处理就直接排

5、放的农村生活污水是造成太湖水体富营养化的主要原因之一2。因此，选择一种适宜的技术对太湖周边地区的农村生活污水进行处理是缓解太湖水体富营养化的有效方式。人工湿地是近20年发展起来的一种废水处理新技术，其特点是投资省、处理效果好、运行维护简单和方便，它属于一种生态治理污水的方法。人工湿地是一个综合的生态系统，人们利用它的生态系统中物种共生、物质循环再生原理，达到了良好的内部循环并具有显著的经济效益、生态效益和社会效益的目标，获得污水处理与资源化。这项技术适合于我国国情，尤其适合于广大农村、中小城镇的污水处理中，在我国具有极其广阔的应用前景。但是人工湿地存在处理负荷有限、占地面积大等缺点3。前人通过

6、对人工湿地的基质和植物的选择、污染物去除的影响因素、运行参数等方面的研究来提高污染物的去除效率。而通过优化食物链来提高人工湿地的净化效果国内未见报道。根据生态学的观点，能量在环境中流动所流经的食物链越长，其消耗也就越大，残留在污水中的污染物质也就越少。本试验通过延长湿地的食物链结构即：添加微型动物爱胜蚯蚓来健全人工湿地，达到提高污染物去除效果的目的。1 材料与方法1.1 生态型人工湿地概况试验人工湿地建于太湖西岸的宜兴市大浦港东南大学生态修复试验基地，湿地平面尺寸为1.5 m×1.5 m，坡度为1%，有效高度0.50 m。沿长度方向分隔为两条廊道，廊道宽度均为0.75 m，单池容积约

7、为0.7 m3。廊道内种植芦苇，并填充煤灰渣，煤渣层厚0.50 m。有关研究结果表明，煤灰渣是良好的湿地基质，充分利用当地农村村民烧制紫砂壶的煤渣，使其变废为宝4。在一条廊道中添加爱胜蚯蚓，另一条廊道作为空白对照。进水来自于宜兴市丁蜀镇洋渭村部分居民的生活污水，主要包括生活杂排水和卫厕污水。1.2 进水水质试验期间人工湿地进水水质见表1。 表1 进水水质 mg/L项目CODNH4+-NTNTPDO范围108.53461.225.7331.8322.7963.142.726.552.02.6平均值280.4617.0844.014.632.41.3 工艺流程 工艺流程见图1。出水进水厌氧池蚯蚓人

8、工湿地图1 工艺流程1.4 监测与分析方法装置于2008年5月开始运行，单池水力负荷为0.4 m3/（m2·d），停留时间约为12 d。COD用重铬酸钾法测定；TP、TN分别用碱性过硫酸钾消解钼锑抗分光光度法和过硫酸钾氧化紫外分光光度法测定；NH4+-N、NO3-N分别用纳氏试剂分光光度法和N-（1-萘基）-乙二胺光度法进行测定；DO用溶氧仪进行测定。2 试验结果及讨论2.1 对COD的去除效果人工湿地对污水中COD的去除主要是通过微生物的代谢作用而去除的，微生物的存在状态及活性直接影响着系统的处理效果。同时，由于季节变化引起的植物生长状态的变化也在一定程度上影响着系统的处理效果5。

9、人工湿地对COD的去除均较稳定，图2为对照人工湿地、蚯蚓人工湿地对COD去除的对比情况。COD/(mg·L1)运行时间图2 COD去除效果由图2可以看出，蚯蚓人工湿地的COD平均去除率为88.11%，对照人工湿地的COD平均去除率为83.00%，蚯蚓人工湿地的COD平均去除率比对照人工湿地高约5.11%。造成去除率明显差异的原因可能是引入蚯蚓造成的。蚯蚓影响COD有效降解的途径主要有2个：（1）有机物通过蚯蚓消化道的吞食、混合、机械研磨、生物化学分解和转化等作用，不仅极大地增加了有机物表面面积，为微生物进一步分解做准备，而且可与土壤中的矿物质紧密结合形成高度融合的有机无机复合体，即蚓

10、粪，蚓粪具有很大的表面积，可以提供丰富的微生物种群，通过蚓粪中微生物作用及其多孔性结构而形成的强吸附性能可有效分解有机物，研究表明蚓粪与未经扰动的土壤相比，其中有机质的分解速率有很大提高6；（2）蚯蚓钻洞可提高湿地基质的孔隙率，改善基质的通气性和结构。研究表明，蚯蚓的钻洞行为可使土壤中的空气质量分数从8%提高到30%、土壤的孔隙率从30%提高到60%7，从而有利于土壤中好氧微生物的活动并使土壤吸附能力得以不断提高。此外，从整个运行期间可以看出，虽然进水COD变化幅度较大，但出水COD都保持在一定的范围内，表现较好的抗冲击能力，并且出水COD与进水COD变化趋势一致。2.2 对氨氮的去除效果图3

11、为对照人工湿地、蚯蚓人工湿地运行过程中进出水氨氮浓度变化情况。由图3可以看出，两湿地进水氨氮浓度变化幅度较大，但出水氨氮浓度变化较平缓。蚯蚓人工湿地和对照人工湿地出水氨氮质量浓度都在7 mg/L以下，达到城镇污水处理厂污染物排放标准（GB 189182002）一级B排放标准。其中，蚯蚓人工湿地氨氮平均去除率为75.97%，而对照人工湿地氨氮平均去除率为68.68%，蚯蚓人工湿地的氨氮平均去除率比对照人工湿地高约7.29%，分析其原因可能有2个：（1）蚯蚓活动产生的蚓粪有机无机复合体中含有丰富的带负电荷的有机胶体8，对污水中带正电荷的NH4+和有机物具有较强的亲和能力，提高了基质对污水中氨氮和有

12、机物的吸附能力，进而提高硝化能力；（2）蚯蚓活动促进了基质微生物向营养源丰富部位的扩散及其活性的提高9，10，从而加快了微生物对氮的转化和释放。氨氮/(mg·L1)运行时间图3 氨氮去除效果2.3 对TN的去除效果图4为对照人工湿地、蚯蚓人工湿地运行过程中进出水TN浓度变化情况。TN/(mg·L1)运行时间图4 TN去除效果由图4可知，试验进行期间进水的TN质量浓度波动较大（22.7963.14 mg/L），而蚯蚓人工湿地中出水水质相对稳定，出水TN大多小于15 mg/L，可满足GB 189182002一级A排放标准，TN去除率在21.79%78.40%，平均去除率为61.

13、98%；对照人工湿地的去除率在18.38%70.68%，平均去除率为52.45%，蚯蚓人工湿地TN去除率比对照人工湿地高约9.53%。虽然进水水质出现较大波动，但人工湿地的出水较稳定，都保持在一定的浓度范围，表现出较好的抗冲击能力。2.4 对TP的去除效果图5为对照人工湿地、蚯蚓人工湿地运行过程中进出水TP浓度变化情况。由图5可知，试验期间进水TP质量浓度变化较大，变化范围为2.726.55 mg/L，进水平均质量浓度为4.63 mg/L，蚯蚓人工湿地的平均出水质量浓度为0.53 mg/L，对照人工湿地的平均出水质量浓度为1.01 mg/L。人工湿地中磷的去除主要依靠基质的物理过滤，吸附、与金

14、属离子螯合作用产生的化学沉淀作用以及植物的吸收作用，相比之下微生物的去除作用较小。由于煤渣基质颗粒较细，基质间孔隙率较小过滤作用较好，在一定的负荷条件下，在湿地的前部即可以将大部分颗粒性TP加以去除。TP/(mg·L1) 运行时间图5 TP去除效果 蚯蚓人工湿地、对照人工湿地的TP平均去除率分别为89.18%、78.86%，蚯蚓人工湿地比对照人工湿地高10.32%。蚯蚓人工湿地的TP去除效果优于对照基质人工湿地，其原因可能在于，蚯蚓人工湿地除基质的截留外，蚯蚓及其所促进的微生物8和植物根系的生长11所带来的对TP的去除，使湿地对TP去除途径多元化，对磷去除效果得以提高。3 结 语蚯蚓

15、人工湿地对COD、氨氮、TN、TP的平均去除率分别为88.11%、75.97%、61.98%、89.18%；而对照人工湿地对COD、氨氮、TN、TP的平均去除率分别为83.00%、68.68%、52.45%、78.86%，并且蚯蚓人工湿地的抗冲击能力较对照人工湿地强。对于处理相同的生活污水，生态型蚯蚓人工湿地的面积就会大大减小，这对于解决人工湿地占地面积大的问题，提高处理效率，降低投资成本具有重要意义。参考文献：1 任炳湘，黄友璋，蒋澄宇.江苏省太湖污染防治概述J.环境导报，1998（1）：23-26.2 王健华，陆根法，钱瑜，等.太湖流域面源污染控制对策研究J.环境保护科学，2003，29(

16、4)：16-17，22.3 杨琼，陈章和人工湿地污水处理的应用现状及前景展望J.生态科学，2002，21(4)：35-36.4 朱夕珍，崔理华，温晓露，等.不同基质垂直流人工湿地对城市污水的净化效果J.农业环境科学学报，2003，22(4)：454-457.5 王世和，王薇，于燕.潜流式人工湿地的运行特性研究J.中国给水排水，2003，19(4)：9-11.6 ，1973，31：13-22.7 爱德华兹C A，洛夫蒂J R.蚯蚓生物学M.北京：科学出版社，1985：179.8 黄福珍.蚯蚓M.北京：农业出版社，1980.9 SUBLER S，KIRSCH A S.Spring dynamics of soil carbon，nitrogen，and microbial activity in earthworm middens in a no-till cornfieldJ.Biol.Fertil.，1998，26：243-249.10 李辉信，胡锋，沈其荣，等.接种蚯蚓对秸