人工濕地對(duì)氮_磷的去除效率與動(dòng)態(tài)特征

1、人工濕地對(duì)氮 、 磷的去除效率與動(dòng)態(tài)特征 *宋志文1, 2*王仁卿 1 席俊秀 3 韓瀟源 2 姚 晨2(1山東大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院 , 濟(jì)南 250100; 2青島理工大學(xué)環(huán)境 與市政工程學(xué)院 , 青島 266033; 3榮成污水管理處 , 榮成 264300摘 要 1999年 1月 2003年 12月對(duì)榮成人工濕地污水處 理系統(tǒng)處 理效果以及 氮、 磷 去除效果 的動(dòng)態(tài)變化特征進(jìn) 行分析。結(jié)果表明 , 人 工濕 地對(duì) SS 、 COD 、 BO D 均有 很好 的去 除效 果 , 出水 濃度 分別 為27 8 6 7、 91 0 13 7和 23 8 4 6mg L -1, 去 除率 分別 為

2、 71 8 8 4%、 62 2 10 1%和 70 49 6%。大腸菌群去除率為 99 7%。對(duì) NH 4+N 和 T P 去 除效果 較差 , 出水 濃度 分別為 11 3 2 6和 2 00 0 28mg L -1, 去除率分別為 40 6 15 3%和 29 6 12 8%。 NH 4+ N 去 除效果和 季節(jié)變化 有 關(guān) , 每年 79月去除效果最佳 , 13月效 果最 差 , 去 除率 分別為 50 7 12 4%和 23 0 11 6%。 T P 的去除效果季節(jié)性變化不如 NH 4+ N 明顯。 N H 4+ N 年平均去除率 20012003年逐年增加。 T P 年平 均去除率

3、在 2001和 2002年基本相同 , 2003年有所降低。 關(guān)鍵詞 污水處理 , 人工濕地 , 凈化效率 , 動(dòng)態(tài)變化 , 生活污水中圖分類號(hào) X703 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 1000-4890(2005 06-0648-04Nitrogen and phosphorous removal efficiency and dynamic feature of constructed wetlands for sewage treat ment. SON G Zhiwen 1, 2, WAN G Renqing 1, XI Junx iu 3, HAN X iao yuan 2, YAO C

4、hen 2(1College of Lif e Sci ence, Shandong Univer sity , Jinan 250100, China; 2Dep tar tment of Env ir onment Engineer ing, Q ingdao Science and T echnology U niver sity , Qingdao 266033, China; 3Rongcheng Was tewater T r eatment A d minis tr ation Bureau, Rongcheng 264300, China. Chinese Jour nal o

5、f Ecology , 2005, 24(6 :648651.T o evaluate pollutants removal efficiency and dynamic feature of nitrog en and phosphorous removal in a co n structed wetland in Rongcheng, Shandong Province, water samples collected fr om Jan. 1999to Dec. 2003were analyzed. T he results show ed that the constructed w

6、 etlands could effectively reduce output of SS(suspended solids by 71. 8 8. 4%, BOD(biological oxy gen demand by 70. 4 9. 6%, COD(chemical ox ygen demand by 62. 2 10. 1%, and fecal co liform by 99. 7%.Ho wever , t he removal efficiency of nitrog en (40 6 15 3% was relativ e low , and phosphorous (29

7、. 6 12. 8% had the least reduction efficiency. N itrog en re ductions displayed seasonal v ar iations. T he least efficient nitro gen reduction happened during Jan. to M ar. (23. 0 11. 6% , while the most efficient reduction happened during Jul. to Sept. (50. 7 12. 4% . Seasonal vari ation of phosph

8、orous r eductions was not as obvious as that of nitrog en. T he nitrog en reduct ion efficiency in creased from 2001to 2003. Phosphorous r eduction efficiency did not change on the w hole from 2001to 2002, but decreased a little in 2003.Key words sewage treatment, constructed wetlands, removal effic

9、iency, dynamic change, sewag e.*山東省優(yōu)秀中青年科學(xué)家科研獎(jiǎng)勵(lì)基金項(xiàng)目 (2002 148 和山東省 教育廳資助項(xiàng)目 (J02L05 。 *通訊作者:2004- 改回日期 2004-09-251 引 言人工濕地 (constructed w etlands, CWs 是 20世 紀(jì) 70年代發(fā)展起來的一種污水處理技術(shù) , 具有凈化 效率高、 工藝設(shè)備簡(jiǎn)單、 運(yùn)轉(zhuǎn)維護(hù)管理方便、 系統(tǒng)配 置可塑性強(qiáng)、 對(duì)負(fù)荷變化適應(yīng)性強(qiáng)、 工程基建和運(yùn)行 費(fèi)用低等特點(diǎn)。人工濕地出水具有一定的生物安全 性 , 生態(tài)環(huán)境效益顯著 , 可實(shí)現(xiàn)廢水的資源化 , 特別 適合小城市生活污水處理

10、 1。研究表明 , 人工濕地 對(duì)污水中的污染物具有很好的去除效果 , 特別是對(duì)COD 、 BOD 5、 SS 和大腸菌群等指標(biāo) , 但對(duì) N 、 P 的去 除不穩(wěn)定 , 變化范圍較大 3, 9。植物吸收、 微生物代謝以及基質(zhì)的吸附、 過濾、 沉淀在人工濕地污染 物的去除過程中起著關(guān) 鍵作 用。由于人工濕地中植物與微生物的生長(zhǎng)與生理生 化活性不可避免地受到溫度季節(jié)性變化的影響 , 使 得寒冷地區(qū)人工濕地的冬季運(yùn)行受到限制 , 對(duì)溫度生 態(tài)學(xué)雜志 Chinese Journal of Ecolog y 2005, 24(6 :648651如何影響人工濕地及怎樣克服溫度影響兩個(gè)問題的 突破將擴(kuò)大該技

11、術(shù)的應(yīng)用范圍 4, 10。本文對(duì)榮成人工濕 地污水處理系統(tǒng) 1999年 1月 2003年 12月間監(jiān)測(cè)結(jié)果進(jìn)行分析 , 了解人工 濕地污水處理系統(tǒng)的處理效果以及氮、 磷去除效果 的溫度季節(jié)性變化。 2 材料與方法 2 1 人工濕地概況榮成污水處理廠采用蘆葦濕地處理工藝 , 處理 系統(tǒng)占 地面積 80hm 2, 處理規(guī)模 為 2 0! 104m 3 d -1, 于 1998年 10月投入運(yùn)行 , 承擔(dān)榮成市區(qū)及沿 途 10多個(gè)村莊 , 約 12萬居民的生活污水及少量工 業(yè)廢水的處理 4, 5。工藝流程見圖 1。生活污水經(jīng) 隔柵進(jìn)入污水調(diào)蓄池 , 經(jīng)泵站提升進(jìn)入配水支渠 , 然 后進(jìn)入濕地處理單元

12、。整個(gè)人工濕地污水處理系統(tǒng) 由 108個(gè)濕地單元組成 , 每個(gè)濕地處理單元為 150m ! 30m, 污水在濕地單元的停留時(shí)間為 5d, 然后 經(jīng)過土壤滲濾進(jìn)入凈水支溝并匯總到凈水溝 , 最后 排放到小海生態(tài)塘。進(jìn)水 水質(zhì)為 COD:200350、 BOD 5:80120、 SS:150200、 NH 4+ N:1030和 T P:24mg L -1、 pH:78。 圖 1 污水處理工藝流程Fig. 1 Process of wastewater treatment in Rongcheng constructed wetlands2 2 數(shù)據(jù)來源與測(cè)定方法COD 、 BOD 5、 SS 、

13、T P 、 NH 4+ N 采用榮成人工濕 地污水處理系統(tǒng)日常監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。其中 COD 、 BOD 5、SS 數(shù)據(jù)為 1999年 1月 2003年 12月監(jiān)測(cè)結(jié)果 , 監(jiān) 測(cè)頻率每日 1次。 NH 4+ N 和 TP 數(shù)據(jù)為 2001年 1月 2003年 12月監(jiān)測(cè)結(jié) 果 , 監(jiān) 測(cè)頻率每 月 2次。 細(xì)菌總數(shù)和大腸菌群由青島理工大學(xué)環(huán)境工程實(shí)驗(yàn) 室測(cè)定 , 共測(cè)定 3次。 COD 、 BOD 5、 SS 、 TP 、 NH 4+ N 、 細(xì)菌 總數(shù)和大 腸菌群均 采用標(biāo)準(zhǔn) 方法測(cè) 定 2。 COD 采用標(biāo)準(zhǔn)重鉻酸鉀法 , BOD 5采用稀釋接種法 , SS 采用恒重法 , T P 采用鉬銻抗分

14、光光度法 , NH 4+ N 采用納氏試劑比色法 , 細(xì)菌總數(shù)采用平板菌落計(jì) 數(shù)法 , 大腸菌群 采用 M PN 法。數(shù)據(jù)分析 使用 Mi crosoft excel 軟件。 3 結(jié)果與分析 3 1 人工濕地處理效果從表 1可以看出 , 榮成人工濕地對(duì)污水中的污 染物具有很好 的去除效果 , 特別是對(duì) COD 、 BOD 5、 SS 、 細(xì)菌總數(shù)和大腸菌群等指標(biāo) , 但對(duì) T P 的去除效 果相對(duì)較差。 SS 、 COD 、 BOD 5出水濃度分別為 27 8 6 7、 91 0 13 7和 23 8 4 6mg L -1, 去除率 分別 為 71 8 8 4%、 62 2 10 1%和 70

15、 4 9 6%。 對(duì) 細(xì) 菌 總 數(shù) 和 大 腸 菌 群 去 除 率 分 別 為 97 9%和 99 7%。 NH 4+ N 出水濃度為 11 3 2 6mg L -1, 去除率為 40 6 15 3%。 TP 的去除效果 最差 , 出水濃度為 2 00 0 28m g L -1, 去除 率為29 6 12 8%。表 1 人工濕地污水處理系統(tǒng)凈化效果Tab. 1 Pollutant removal efficiencies in Rongcheng cons tructed wetlandsCOD (mg L -1BOD 5(mg L -1 SS (mg L -1 NH 4+ N (mg L

16、-1 TP (mg L -1 細(xì)菌總數(shù) *(cfu ml -1 大腸菌群 *(i n d L -1 進(jìn)水249 4 52 183 7 15 8102 5 21 619 4 3 32 89 0 414 5! 1052 4! 107出水 91 0 13 723 8 4 627 8 6 711 3 2 62 00 0 289 5! 1038 0! 104去除率 (% 62 2 10 170 4 9 671 8 8 440 6 15 329 6 12 897 999 73 2 人工濕地對(duì)氮、 磷去除效率的動(dòng)態(tài)特征3 2 1 NH 4+ N 濕地中 N 的去除主要是通過微 生物的氨化、 硝化與反硝化作用

17、 , 植物的吸收和揮發(fā) 作用 , 基質(zhì)的吸附、 過濾、 沉淀和氨的揮發(fā)等。其中 硝化、 反硝化作用是最主要的途徑。溫度變化直接 影響 N 的氨化、 硝化與反硝化過程 , 從而影響人工 濕地對(duì) N 的去除 8。圖 2和表 2為榮成人工濕地 污水處理系統(tǒng) 20012003年 NH 4+ N 去除的月變化和季節(jié)變化 , 可以看出溫度季節(jié)性變化對(duì) NH 4+ N 的去除率有一定影響。每年 79月 NH 4+ N 去 除率比其它季節(jié)高 , 其中 8月的去除效果在全年最高 , 20012003年 8月 NH 4+ N 去 除 率 分 別 為 59 4%、 55 7%和 65 3%, 平 均 去除 率為 6

18、0 1%。 每年 13月 NH 4+N 去除率最低 , 其它季節(jié)去除 率在 35%45%。許多學(xué)者發(fā)現(xiàn)溫度季節(jié)性變化影響人工濕地對(duì)表 2 NH 4+ N 去除效果季節(jié)變化Tab. 2 S easonal dynamic of NH 4+ N removal efficiency年 份 13月進(jìn)水 (mg L -1出水(mg L -1去除率 (%46月 進(jìn)水 (mg L -1出水 (mg L -1去除率 (%79月進(jìn)水 (mg L -1出水(mg L -1去除率 (%1012月進(jìn)水 (mg L -1出水(mg L -1去除率 (%200118 4 2 215 0 1 718 2 5 418 0

19、6 210 1 1 840 9 15 617 2 5 48 6 0 846 1 15 818 4 3 811 0 0 938 7 8 1200219 2 1 914 8 1 822 0 13 319 0 2 811 0 2 541 2 17 520 3 1 810 0 2 250 6 9 821 0 2 311 4 1 545 5 6 8200320 6 3 114 6 1 127 9 13 620 6 2 510 8 1 147 3 8 320 0 2 48 7 1 555 4 11 320 6 1 511 5 1 543 6 9 7平均值19 5 2 514 8 1 423 0 11 61

20、9 1 4 210 6 1 942 9 14 119 2 3 69 1 1 650 7 12 419 8 2 911 3 1 242 1 8 3N 的去除效果。廖新 亻 弟 等 6在香根草和風(fēng)車草人工濕地處理養(yǎng)豬場(chǎng)廢水的研究中發(fā)現(xiàn)氮、 磷去除效果和季節(jié)有關(guān) , 人工濕地春季對(duì)氮的去除率比秋季高。 本研究表明 , 榮成人工濕地 79月對(duì) NH 4+ N 的 去除效果最好 , 13月去除效果最差 , 推測(cè)造成差 別的原因與試驗(yàn)地區(qū)的氣候狀況有關(guān)。統(tǒng)計(jì) 20012003年榮成人工濕地污水處理系統(tǒng) NH 4+ N 年 平均去除率發(fā)現(xiàn) , 3年的 NH 4+ N 年平均去除率有 上升的趨勢(shì) , 分別為

21、34 6 13 6%、 39 0 15 3%和 43 2 12 7%, 可能 是系統(tǒng)內(nèi)植物、 微生物不斷調(diào)整和優(yōu)化的結(jié)果。 圖 2 NH 4+ N 去除效果月變化Fig. 2 Monthly dynamic of NH 4+ N removal efficiency3 2 2 TP 人工濕地對(duì) P 的去除是通過微生物的 積累、 植物的吸收和填料床的物理化學(xué)作用等幾方 面協(xié)同完成的 3。 Adler 等 7認(rèn)為植物在人工濕地 P 的去除中起的作用很小 , 主要是通過土壤物理化 學(xué)作用完成。人工濕地對(duì) P 的去除一直是濕地設(shè) 計(jì)所關(guān)心的問題。現(xiàn)有的濕地污水處理工程中 , 對(duì)P 的去除總不能達(dá)到令人

22、滿意的效果 , 需要通過加 大濕地面積 , 增加停留時(shí)間等來提高去除率 12。從表 3和圖 3可以看出 , 榮成人工濕地污水處理系統(tǒng) 對(duì) TP 的去除效果較差 , 溫度季節(jié)性變化對(duì) TP 去除 效果有一定影響 , 但不如 NH 4+ N 明顯。 TP 去除 率 79月略高 , 但和其它季節(jié)的相比不超過 5%, 其它季節(jié)間去除率差異不超過 3%。這可能是由于 系統(tǒng)中 TP 的去除主要是由土壤的物理化學(xué)作用完 成 , 溫度對(duì)除 P 的影響主要表現(xiàn)在影響土壤的氧化 還原電位上 , 而土壤氧化還原電位變化對(duì) T P 去除 效果的影響相對(duì)較小 11。 20012002年年平均去 除率基本相同 , 200

23、3年年平均去除率降低 , 可能是 隨著系統(tǒng)的運(yùn)行 , 土壤對(duì) P 的吸附能力開始下 降。 有學(xué)者認(rèn)為 , 這與人工濕地中的植物在第一、 二年吸 收 P 之后土壤中的植物殘根開始腐爛并釋 放 P 有關(guān)。圖 3 T P 去除效果月變化Fig. 3 Monthly dynamic of TP removal efficiency表 3 TP 去除效果季節(jié)變化Tab. 3 S easonal dynamic of T P removal efficiency年 份 13月進(jìn)水 (mg L -1 出水 (mg L -1 去除率 (%46月 進(jìn)水 (mg L -1 出水 (mg L -1 去除率(%79月

24、進(jìn)水 (mg L -1 出水 (mg L -1去除率 (%1012月進(jìn)水 (mg L -1 出水 (mg L -1去除率 (%20013 0 0 22 0 0 133 0 4 42 8 0 32 1 0 224 7 11 02 8 0 31 8 0 237 4 4 53 0 0 42 0 0 430 9 20 020023 3 0 62 2 0 229 3 16 12 5 0 31 7 0 229 2 8 53 0 0 31 9 0 335 1 16 32 7 0 61 8 0 132 2 19 120033 2 0 32 3 0 327 3 15 52 7 0 22 0 0 127 9 4

25、92 8 0 32 0 0 227 2 12 62 8 0 62 1 0 222 3 19 4平均值3 2 0 42 2 0 329 6 12 82 7 0 31 9 0 227 2 8 22 9 0 31 9 0 333 0 12 62 9 0 52 0 0 328 3 18 44 結(jié) 論榮成 人 工 濕 地 污 水 處 理 系 統(tǒng) 對(duì) SS 、 COD 、 BOD 5、 細(xì)菌總數(shù)和大腸菌群均有很好的去除效果 , 對(duì) NH 4+ N 和 TP 去除效果較差 ; 溫度季節(jié)性變化 影響人工濕地處理效率。不同季節(jié)間人工濕地處理 效率的差別主要體現(xiàn)在對(duì) NH 4+ N 的去除上 , 每年 的 79月

26、去除效果最佳 ; 13月去 除效果最差。 T P 的 去除 受 溫度 季 節(jié) 性變 化 的 影響 相 對(duì)較 小 ; 20012003年人工濕地 NH 4+ N 年平均去除率逐 年增加。 TP 的年平均去除率 2001和 2002年無明 顯變化 , 2003年有所降低。參考文獻(xiàn)1 宋志文 , 畢學(xué)軍 , 曹 軍 . 2003. 人工濕 地及其在 我國(guó)小 城市 污水處理中的應(yīng)用 J. 生態(tài)學(xué)雜志 , 22(3 :7478.2 國(guó)家環(huán)境保 護(hù)總局 #水和 廢水監(jiān) 測(cè)分析 方法 編委 會(huì) . 2002. 水和廢水監(jiān)測(cè)分析方法 (第四版 M . 北京 :中國(guó)環(huán)境科學(xué)出 版社 .3 郭本華 , 湯華崇 ,

27、 宋志文 , 等 . 2003. 人 工濕地的 凈化機(jī)理 及對(duì) 氮磷的去除效果 J. 污染防治技術(shù) , 16(4 :119121.4 席俊秀 , 謝協(xié)忠 . 2003. 污水濕地處理 工藝中存 在的問題 及對(duì)策 J. 中國(guó)給水排水 , 19(12 :9091.5 席俊秀 , 謝協(xié)忠 . 2001. 污水的 濕地處理 工藝 J . 工業(yè) 用水與 廢水 , 32(5 :3233.6 廖新 亻 弟 , 駱世明 . 2002. 香根草和風(fēng) 車草人工 濕地對(duì)養(yǎng) 豬場(chǎng)廢 水氮磷處理效果的研究 J. 應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào) , 13(6:719722. 7 Adler PR, Summerfelt ST, Glenn DM , et al . 1996. Evaluation of a Wetland sys tem designed to meet s tringent phosp