波形潜流人工湿地污水处理技术研究葛丽英

第7卷第4期2004年11月扬州大学学报(自然科学版)JOURNALOFYANGZHOUUNIVERSITY(NATURALSCIENCEEDITION)Vol.7No.4Nov.2004波形潜流人工湿地污水处理技术研究葛丽英谈玲何成达’季俊杰何莲秦世杰陶正龙(扬州大学环境科学与工程学院,江苏扬州,225009)摘要:将波形潜流人工湿地(wavysubsurfaeefloweonstruetedwetland,简称W一SFCW)在相同条件下与水平潜流人工湿地进行对比试验.W一SFCW床优化了传统潜流人工湿地的水流流态,使污水在W一SFCW床内进行波式流动,充分发挥了湿地系统降解污染物的能力.试验结果表明:W一SFCW在污染物去除方面明显优于传统潜流人工湿地.在相同试验条件下,W一SFCW对污水中COD,NH亡和TP的去除率分别比SFCW提高12.6%,22.0%和8.4%.关键词:波形潜流人工湿地;水平潜流人工湿地;污染物降解;污水处理中图法分类号:X703文献标识码:A文章编号:1007一824X(2004)04一0075一0420世纪70年代至今,水平潜流人工湿地(horizontalsubsurfaeefloweonstruetedwetland,简称SFCW)已经成功地应用于生活污水、雨水和工业污水处理30余年〔,一习,是目前研究和应用比较多的一种湿地处理系统.成熟的潜流湿地系统在其填料表面和植物根系形成了生物膜,在湿地床的内部会利用基质、植物和微生物的综合作用将污染物去除,其去除过程包含了物理、化学和生物3种作用闭.同时,因水流在地表以下流动,故具有保温性能好、处理效果受气候影响小、卫生条件较好的特点5j[.但是潜流湿地内部污水几乎是水平流动的,而湿地垂直方向上污染物去除的机制不同,因此,传统潜流湿地处理污水的效能不能有效地发挥.在本文中,笔者提出并初步试验了一种新型潜流构造湿地—波形潜流人工湿地(W一SFCW),取得了较好的效果.IW一SFCW设计和试验W一SFCW设计通过在湿地内部有规则地设置导流板,对传统水平潜流湿地的水流条件加以改进,以波形流态取代水平流态,使污水在垂直方向上多次经过湿地内部具有不同处理特性的构造层,以期达到增强污水处理效果的目的.W一SFCW的设计示意图见图1.1.1试验装置试验场地选择在扬州大学某潜流湿地=完进水口口…“二“}[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[口口…:}:l:…………:…卜…[3333口口口口口口口口口:::::……·……1{··{{··}···2222222一一}一””l}444一”””`完出水二完`完波形潜流湿地图1试验湿地平面示愈图Fig.1AsketehmaPorexPerimetalwetland口基质采样点位校区的空地,湿地主体建于地下,占地面积30m2.试验历时240.d1)湿地构造.试验湿地采用两组,分别为SFCW和W一SFCW.湿地平面设计为矩形,长6.om,宽2.om,总高1.0m.w一SFCW将湿地床沿长度方向,均分为3格,每格长2.om,格内中间位置设收稿日期:2004一04一15鑫金项目:江苏省教育厅自然科学基金资助项目(0ZKJB6l0004),联系人,E一mail:[e-mail]:10.19411/j.1007-824x.2004.04.020扬州大学学报(自然科学版)第7卷隔墙,形成上、下位隔墙的间隔排列,强制进人湿地中的污水呈波形流动.试验湿地底部位于地面以下深度0.7m,底坡为1%.表1填料级配一览表ScheduleofPaddingelassification规格高度/mm0OCù00尸a,曰q口2)湿地基质.湿地中的填料由土壤和砾石组成,填料床高度为750mm,填料级配见表1.通过实验测定,床体平均孔隙率为36%.3)湿地植物.采用芦苇和美人蕉间植,芦苇种植密度为6株·m一“,每株8一10根;美人蕉种植密度为5株`m一2,每株3一6根.芦苇为附近地区野生环境下Tnb.1名称土壤层砾石层豆石层土壤90%,粒径3~smm,石灰石10%粒径5~20mm粒径30~50mm的芦苇,美人蕉从花卉公司购买,为盆栽美人蕉.4)湿地运行负荷.W一SFCW和SFCW以同等水力负荷和质量负荷运行.水力负荷为(40~60)又10一3m3·(mZ·d)一’,COD负荷为4.5~13.29·(mZ·d)一`.试验时间:2003一3一15~2003-10一31.LZ试验水质使用短时厌氧预处理过的生活污水,湿地出水流人出水池,计量排放.湿地进水水质变化幅度较大,各项水质指标极值及均值见表2.1.3分析项目和方法水质分析项目有COD,表2湿地进水水质Tab.2Inflowwaterqualityofwetland水质指标六。o/(mg·L一1)阳s/(mg·L一1)内H才一/(mg·L一1)rPP/(mg·L一1)7.83.85.31士0.95t/℃PH最大值247131最小值9752平均值173.00士34.9585.20士16.84::38.37.215.16.535.83士6.88NH才一N,TP,pH,55等按照《水和废水水质监测方法》进行.基质磷分析项目有土壤吸附磷、石头总无机磷等,按照《土壤农业化学分析方法》进行.植株总磷测定按照《土壤农业化学分析方法》进行.50005000qóO``.人,主ǎ一山·切曰à\且d甲工!01工洲16091180卜丫卜O6囚190的O!90寸囚l的O911山O寸01瞬O寸NI寸0工叫l寸O的洲l的O2结果和讨论2.1COD去除比较图2显示了两种湿地运行期间进出水coPo.试验结果表明,w一SFCW与SFCW的出水尸C。。较稳定,但W一SFCW对COD降解较SFCW效率高.试验期间,W一SFCW与SFCW的pCo。平均出水值分别为(44.32士8.58),(57.04士.997)mg·L一`,平均百分去除率分别为72.2%和64.1写.W一SFCW对COD的去除率较SFCW高12.6%.经初步分析认为,湿地内部不同的结构导致了它们在污染物去除效果上的差异.湿地系统在垂直方向上有机物降解的机理有较大差别.整体上湿地系统从表面到底层由好氧向兼氧一厌氧过渡.同时,根据植物根系发育特点,虽然植物根能够深人至较深的深度,但大多数根发育于湿地日期(2003一)图2在w一SFCw与sFCw运行期间的进出水众的Fig.2Theeoneentrationof众00ofinflowandoutflowPassingthroughw一SFCWandSFCW1.进水;2.SFCW出水;3.W一SFCW出水第4期葛丽英等:波形潜流人工湿地污水处理技术研究表面的浅层.W一SFCW内的导流设施促进水流呈波形流动,使污染物数次经过湿地的上部及底部,6005从而有效地发挥了湿地降解污染物的潜力.2.2氨氮去除比较图3显示了两种湿地运行期间进出水内H才一N·两种湿地出水内时一N都较为平稳·W一SFCw出水内H才一明显低于SFCW·W一SFCw出水。NH才、为(10·05士0.97)mg·x一,,SFCW出水尸N时一、为(24,41士。,69)mg·L一`.两种湿地的NH广一N的百分去除率分别为75.4%和61.8%.W一SFCW对NH才一N的去除率比SFCW高22.0%.经初步分析认为,至少有两方面原因:①W一SFCW床体内部水流交替流过土壤层、砾石层,这相当于水流经过一系列串联的土壤一砾石床,使水中的NH梦较充分地被土壤吸附,有利于NH才的转化;②W一SFCW具有较好的硝化作用.W一SFCW床中的污水反复处于好氧一兼氧一厌氧状态,是典型的A/A/0工艺,而SFCW的水平流态决定了有相当部分的NH亡未能经历良好的好氧状态,故这部分NH才不能进行有效的硝化作用.因此,W一SFCW去除NH才一N的性能比SFCW更好.2.3磷去除比较试验期间进水两P的变化范围为2.5一6.3mg·I厂`.如图4所示,在TP的去除上W一SFCW与SFCW相比,其优势明显.W一SFCF与SFCW的所P出水均值分别为(0.41士0.05),(o,70士0.15)mg·IJ一’,TP的平均百分去除率分别为90.4%和83.4%.W一SFCW对TP的去除率比SFCW高8.4%.人工湿地对磷的去除是通过微生1二40óUO·罗à\二连q`o阮卜闪101旧囚1606闪l仍O6NI卜O姆01卜O闪洲!09公NI咐O勿叫l瞬O卜01心O寸闪l寸O叫11州O的一·的O「1期`2003一)图3在w一SFCw与sFCw运行期间的进出水八时喇Fig·3Theconcentrationof脚二才二ofinflowandoutflowPassingthroughw一SFCWandSFCW1.进水;2.SFCW出水;3.W一SFCW出水趁锌菠报ǎb,叻己\亡d洲洲1609洲!80卜11卜60囚190的0190娜囚l山09州!旧O甲01的O叫N!甲O的01寸O曰州·的0日期(2003一)图4在w一SFCw与SFCw运行期间的进出水众,及去除率Fig.4TheconeentrationandremovalefficiencyoftP,ofinflowandoutflowPassingthroughw一SFCWandSFCWSFCW出水;2.W一SFCW出水;3.SFCW去除率;4.W一SFCW去除率物、植物和基质等协同作用完成的.闹为考察基质磷沉积情况,借鉴土壤学的研究方法〔,一’〕于10月中旬进行了基质磷沉积的试验.按图1所示取样点位,分别取土壤层、砾石层和豆石层基质进行磷提取试验,结果见表3.从试验结果中可以发现,两种湿地在土壤层中磷吸附量几乎相同,但在砾石层和豆石层中两种湿地沉积的磷却有较大差别,W一SFCW在促进磷沉积方面具有显著的优势.同时进行了湿地植物含磷率及植株干重的测定,SFCW和W一SFCW植株平均含磷分别为1.54,1.%mg·g一’.W一SFCW比SFCW植株含磷率大27.3%,并且单株干重也以W一SFCW植株为高,说明W一SFCW的水流条件有利于植物对营养物质的吸收.78扬州大学学报(自然科学版)第7卷3结论1)波形潜流人工湿地(W-SFCW)在污染物去除方面明显优于传统潜流人工湿地.在相同试验条件下,W一SFCW对COD,NH才和TP的去除率分别比SFCW提高12.6%,22.0%和8.4%.2)W一SFCW床的主要特点是优化了传统潜流人工湿地的水流流态,污水可在W一SFCW床内进行波形流动,反复地与湿地系统中的上表3两种湿地基质的磷沉积t对比Tab.3ComParesedimentofPwithtwokindspaddinginwetland取样点位土壤吸附性磷含量/(mg·L一l)SFCWW一SFCW砾石酸溶性磷含量/(mg·L一1)SFCWW一SFCW豆石酸溶性磷含量/(mg·L一1)SFCWW一SFCW尸3CJ几JO勺山,ó月了5llQù..…只nU`OQù亡」O`nJ几bCJ`从ù,几,人,.内了1111生JnJCOQ“OJ;.…角匕比匕日任成任1二,人一JnQ几J,J几J,口0l(1)2(1)3(2)4(2)5(3)6(3)1.2144.5620。6320.634。7934.4534、4531。9531.9530。7230724。7947.54379945.2488。1788.1366。740.2202250.03QO7.比h,JS内匕口J月b`.1`.上-.…月29妇护atI4口qJ口Q白1二,ó11幽勺确b二J亡以,自丹jnj`认ùJ“..…11产乃ù匕n`八`性Jēj,JJI平均29.4830.2632.3762.3034.1042.76注:“。”取样点位为原基质,()为SFCW内取样点位层、中层和下层的微生物及根系和基质接触.4参考文献白晓慧,王宝贞,余敏,等.人工湿地污水处理技术及其发展应用〔J〕.哈尔滨建筑大学学报,1999,32(6):88~92BRIXH.Useofeonstruetedwet