人工湿地处理论文：人工湿地处理农业径流研究

文章源于科技论文发表网：人工湿地处理论文：人工湿地处理农业径流研究摘要：为了处理农业径流的污染，采用水平潜流人工湿地对农业径流进行处理试验，以减轻河流污染。结果表明，进水流量2.5m3/天运行条件下，水平潜流人工湿地有较好的处理效果。潜流人工湿地CODcr，TN，NH4+-N，TP的平均去除率均分别达到49.65%，51.37%，56.24%和59.12%；潜流人工湿地系统的出水CODcr，TN，NH4+-N，TP平均含量分别达到Ⅱ类水质的含量，Ⅴ类水质的含量，Ⅱ类水质的含和Ⅳ类水质的含量。通过对人工湿地处理系统影响因素分析表明：进水流量的控制非常关键，适宜的进水流量处理效果最佳。关键词：人工湿地；农业径流；处理0引言随着农业生产的快速发展，农业径流对环境的污染愈来愈受到人们的关注。由于含有大量的污染物的农业径流进入湖泊河流，引起了严重的河流面源污染问题。这不仅危及人体健康，严重影响到了渔业和农业生产，也增加了清洁水供应的支出。因此，治理农业径流环境污染已成为当前广大科研工作者亟待解决的难题。目前，农业径流造成的污染涉及范围广（主要包括农田排水、灌溉余水、村落污水、畜禽养殖污水和部分雨水径流）发生机制复杂，治理难度大，至今，还没有经济有效的治理技术。若采用常规二级污水处理技术来处理这些污染，由于污染源的高度分散性，污水收集文章源于科技论文发表网：系统系统建设费用过高，而且运行维护费用也很高。因此，需要需求一种污染物处理效果好，运行维护费用低的水处理技术来进行处理。人工湿地作为一种生态工程水处理技术，由于其土建施工比较简单，而且，湿地系统稳定以后几乎不需要能耗和维护费用，在污水处理中，其造价和运行费用无疑要比传统的二级生物处理工艺省的多。国外资料报道人工湿地的工程造价和运行费用仅为传统工艺的10%~50%。对中国已建成或正在建的常规二级污水处理厂的投资进行分析，也表明人工湿地的投资远远低于常规二级污水处理设施[1]。人工湿地吨水处理费用仅为相近地区的鼓风曝气型处理技术投资的16%~20%，为同一地区氧化沟技术投资的34%。投资低的技术符合中国现阶段国情需要。而且，人工湿地运行费用低，维护上只要清除杂草及管理作物，基本上不需要机电费用，采用人工湿地技术进行水处理在经济上是可行的。目前，国内外在水处理过程中，人工湿地处理技术已经被广泛应用[2-3]，但目前，国内采用人工湿地处理农业径流的研究较少，为此，构建了潜流人工湿地，以哈尔滨市松北开发区周边村镇的农业径流监测平均值为系统进水标准进行配水，进行处理实验研究。1材料与方法1.1人工湿地系统设计采用水平潜流人工湿地系统进行处理试验，试验装置由PVC板制成，尺寸为长为2.0m，文章源于科技论文发表网：宽为0.8m。湿地中的填料由砾石和土壤组成。砾石分两层，底层粒径较大（平均粒径35mm，高度300mm），顶层粒径较小（平均粒径10mm，高度300mm），最上层铺设15cm耕地土壤。进水处设置1个集水池，尺寸均为长0.2m，宽0.2m，高为0.5m。进水采用穿孔花墙均匀布水。出水采用直径为DN20的PVC穿孔集水管。2008年4月在哈尔滨市松北开发区附近的自然湿地选择壮实的芦苇植物，把芦苇根部带土移植到湿地系统。初始种植密度为30株/m2。栽完后立即充水，保持根部浸泡在水中，半个月后芦苇适应新的环境后开始进行试验。试验用水首先进入人工湿地前端的预处理池中进行稀释，然后用计量泵注入到人工湿地中，本系统采用连续式进水方式，进水流量为0.25m3/天。运行期间的人工湿地进中CODcr，TN，NH4+-N和TP平均值分别为16.72，3.45，1.11和0.19mg/L。按照国家《地表水环境质量标准》（GB3838-2002），进水CODcr平均含量为Ⅲ类水质的含量。进水TP平均含量为Ⅴ类水质的含量，进水TN平均含量为劣Ⅴ类水质的含量，进水NH4+-N平均含量为Ⅳ类水质的含量。1.2取样与检测2008年5月下旬，系统处理效果趋于稳定。开始对系统进行监测，分析进水出水指标，每次取样都在9:00，取样测试频率为4~5次/月。水样监测指标主要包括：CODcr，TP，TN，NH4+-N。CODcr采用重铬酸钾法测定；TP采用钼酸盐分光光度法测定；TN采用碱性过硫酸钾消解分光文章源于科技论文发表网：光度法测定；NH4+-N采用纳氏试剂分光光度法测定；SS采用2100P便携式浊度仪测定。2结果与讨论2.1人工湿地系统对CODcr的去除效果分析人工湿地具有较强的有机物去除能力。人工湿地基质表面附着大量生物膜，这些生物膜可以为微生物提供了良好的生长表面。生物膜具有大的表面积，能够大量吸附水中呈多种状态的有机物，并具有非常强的氧化能力。不溶性的有机物通过在湿地中的沉积、过滤作用可以很快地被截留，进而被分解或利用；可溶性有机物则可通过植物根系与基质的生物膜的吸附、吸收及生物代谢作用而被降解去除[4]去除效率的月变化情况。潜流人工湿地系统对CODcr的去除率为40.41%~60.49%，平均去除率为49.65%，湿地系统的出水CODcr平均含量为8.34(0.75)mg/L，基本达到地表水环境质量标准Ⅱ类水质的含量。2.2人工湿地对总氮的去除效果分析人工湿地系统对氮的去除主要是通过一系列复杂生物化学作用方式发生的。主要包括：植物吸收（植物收割），氨挥发，硝化与反硝化作用，有机物包埋等。水中无机氮作为植物生长过程中不可缺少的物质可以直接被植物摄取，合成植物蛋白质等有机氮通过植物的收割从湿地系统中去除[5]，但这一部分仅占总氮量的8%~16%，因而不是主要的脱氮过程[6]。在人工湿地系统中，由于植物根系的输氧及传递特性，植物根茎下穿形文章源于科技论文发表网：成有利于硝化作用的好氧单元；同时，远离根系周围的厌氧区由枯枝碎屑及底质层中可利用的碳源又提供了反硝化条件[7]。因此，人工湿地的脱氮主要是靠微生物的硝化与反硝化作用来实现的。可以看出人工湿地系统对TN的去除率为46.60%~57.08%，平均去除率为51.37%，潜流人工湿地系统的出水TN平均含量为1.67(0.19)mg/L，基本达到地表水环境质量标准Ⅴ类水质的含量。2.3人工湿地系统对NH4+-N的去除效果分析人工湿地系统中的NH4+-N主要是通过微生物的硝化、反硝化与氨化作用来完成的，同时，也通过氨的挥发和植物的吸收利用得到部分去除[8]。表明了运行期间人工湿地系统进出水中NH4+-N浓度与NH4+-N去除效率的月变化情况。可以看出，人工湿地系统对NH4+-N的去除率为49.05%~64.75%，平均去除率为56.24%，湿地系统的出水NH4+-N平均含量为0.48(0.17)mg/L，基本达到地表水环境质量标准Ⅱ类水质的含量。2.4人工湿地对总磷的去除效果分析人工湿地系统对磷的去除主要通过：微生物的同化或植物的吸收作用、聚磷菌的摄取作用与基质的物理化学作用。有研究表明[9-10]：植物生长期，大多数磷是通过植物根来吸收的。然而生物量增加不应该看作是湿地长期磷去除能力的结果，在秋季衰老期，大部分叶部的磷离子迁移到根部与根区，大量释放回湿地系统，因此，植物吸收对磷的去除效率不是很高；基质吸文章源于科技论文发表网：附是一种短期效应，随着运行时间的延长，当基质吸附逐渐达到饱和时，吸附能力就会下降。因此，湿地系统不能够长期除磷，只是在运行初期具有较好的除磷效果。图3表明了在试验运行期间人工湿地进出水中总磷与总磷去除效率月变化情况。可以看出，人工湿地系统对总磷的去除率为47.90%~71.69%，平均去除率为59.12%，湿地系统的出水TP平均含量为0.08(0.01)mg/L，基本达到地表水环境质量标准Ⅳ类水质的含量。2.5进水流量变化对污染物去除效果的影响在2008年7月至2008年8月期间，为考察进水流量变化来对污染物去除率的影响。进行了流量测试。进水流量分别设定为1，1.5，2，2.5，3m3/天。每一流量运行20天，在每一个流量运行的第8天采集水样（各采样六次），检测进水和出水的水质，分析各污染物的去除率。结果表明流量为2m3/天与2.5m3/天时处理效果较好，进一步用t-检验比较发现，进水流量2m3/天与2.5m3/天之间的各种污染物去除率无显著差异。这表明最佳进水流量在2m3/天与2.5m3/天之间。因此在该试验中，人工湿地系统中最优的进水流量在2~2.5m3/天之间。但为了保持实验的连续性，仍然保持流量2.5m3/天继续试验。3结论（1）采用水平潜流人工湿地对农业径流进行处理后，文章源于科技论文发表网：、TN、NH4+-N、TP的平均去除率均分别达到49.65%，51.37%，56.24%和59.12%。按照国家《地表水环境质量标准》（GB3838—2002），经过人工湿地处理后，潜流人工湿地系统的出水CODcr平均含量基本达到Ⅱ类水质的含量。潜流人工湿地系统的出水TP平均含量基本达到Ⅳ类水质的含量。潜流人工湿地系统的出水TN平均含量基本达到Ⅴ类水质的含量。潜流人工湿地系统的出水NH4+-N平均含量达到Ⅱ类水质的含量。潜流人工湿地系统对农业径流的预处理效果，有效的改善了水质，减轻了河流的污染。（2）通过对人工湿地系统处理效果的影响因素分析，可以看进水流量控制非常关键，适宜的进水流量能取得最佳的处理效果。对人工湿地系统处理效果的影响因素深入研究，有助于人工湿地系统在实际工程中更好的应用。参考文献[1]GreenMB.Constructedreedbeds:acost-effectiovewaytopolishwaste-watereffluentsforsmallcommunitieswater[J].Environment[2]AndrewMR,RichardSI.Developmentofvegetationinaconstructedwetlandreceivingirrigationreturnflows[J].AgricEcosysEnviron,2007,121(4):401-406.[3]王岩,王克科,赵颖.模拟潜流人工湿地处理猪场废文章源于科技论文发表网：水的实验研究[J].农业工程学报,2006,22(14):260-263.[4]ChristosSA,VassiliosAT.Effectoftemperature,HRT,vegetationandporousmediaonremovalefficiencyofpilot-scalehorizontalsubsurfaceconstructedwetland[J].EcologicalEngineering,2007,29(2):173-191.[5]李林峰,年跃刚,蒋高明.植物吸收在人工湿地脱氮除磷中的贡献[J].环境科学研究,2009,22(3):337-342.[6]杨敦,周琪.人工湿地脱氮技术的机理及应用[J].中国给水排水,2003,19(1):23-24.[7]GottschallN,BoutinC,CrollaA,et.al.Theroleofplantsintheremovalofnutrientsataconstructedwetlandtreatingagricultural(dairy)wastewater,Ontario,Canacan[J].EcologicalEngineering,2007,29(2):154-163.[8]JanV.Removalofnutrientsinvarioustypesofconstructedwetlands[