垂直流人工濕地處理生活污水的影響因素分析

1、垂直流人工濕地處理生活污水的影響因素分析胡小兵,鮑靜,周俊(安徽工業(yè)大學環(huán)境工程系,安徽馬鞍山243002摘要:選用鳶尾、酸模、蘭草、蔥蘭這4種陸生植物構建垂直流人工濕地并處理生活污水,考察了水力停留時間、水力負荷、溫度以及濕地植物種類對處理效果的影響。結果表明:在較長水力停留時間(24h左右、較低水力負荷(03m/d條件下,濕地系統(tǒng)對污染物的去除率較高;隨著溫度的升高,濕地系統(tǒng)的除污效果提高;濕地中植物的長勢好于自然環(huán)境中的,其中酸模的凈化能力最強,其生長成熟時對氨氮、總磷的去除率穩(wěn)定在95%左右,對COD的去除率在60%左右。關鍵詞:生活污水;垂直流人工濕地;陸生植物中圖分類號:X703文

2、獻標識碼:C文章編號: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人工濕地是人工建造的、可控制的濕地系統(tǒng),是一種人為將石、砂、土壤、煤渣等一種或幾種介質按一定的比例構成基質,并有選擇性地種植植物的污水處理生態(tài)系統(tǒng)1。人工濕地污水處理系統(tǒng)具有凈化效果顯著、建設和運行費用低、對負荷變化適應

6、能力強、管理方便等優(yōu)點,且不易造成二次污染,可產生一定的經濟效益和社會效益,近年來越來越受到人們的重視,但目前對垂直流人工濕地的研究相對較少,濕地中選用的植物也主要是濕生植物2。筆者選用4種陸生植物種植于垂直流人工濕地中處理生活污水,以擴大濕地種植植物的范圍,增強人工濕地的實用性。1材料與方法1.1人工濕地構建試驗選用鳶尾、酸模、蘭草、蔥蘭這4種陸生植物。濕地由有機琉璃加工而成,尺寸為06m06 m06m,分別在上端和底部設置布水管和集水管,取樣點位于水箱出水管處。濕地下層(厚為12 cm填充粒徑為3 6cm的卵石;中部沙層(厚為12 cm分為2層,下部為粗沙層(厚為6cm,粒徑為1 mm,上

7、部為細沙層(厚為6cm,粒徑為50 100m;表層土壤厚為20cm,種植鳶尾。另設3個對比第27卷第11期2011年6月中國給水排水CHINA WATERWASTEWATERVol27No11Jun2011試驗,3個大塑料桶做成反應器,其結構、基質與濕地相同,上層土壤中分別種植蔥蘭、酸模、蘭草。1.2原水水質與分析方法試驗原水采自安徽工業(yè)大學賓館的生活污水,其COD為3352 14440mg/L、氨氮為590 2630mg/L、TP為037 756mg/L、濁度為933 10670NTU、pH值為77 81。COD、氨氮、TP 分別采用重鉻酸鉀法、納氏試劑比色法、鉬銻抗分光光度法測定。2結果與

8、討論2.1運行參數(shù)對人工濕地處理效果的影響2.1.1水力停留時間(HRT的影響HRT決定了污水與濕地的接觸程度,對處理效果有很大影響,根據試驗運行情況,設計4個HRT 水平(6、12、24和48h,考察不同HRT下濕地系統(tǒng)對生活污水的處理效果。結果表明,隨著HRT的延長,對COD、氨氮、TP的去除率均提高,當HRT=24 h時濕地系統(tǒng)的除污效果最好,各濕地系統(tǒng)對COD 的去除率均達到60%以上、對氨氮的去除率在98%左右、對TP的去除率基本上穩(wěn)定在90% 95%,這是因為硝化菌的增殖速度為1d1左右,因此HRT 為24h時,微生物數(shù)量驟增。HRT為48h時濕地系統(tǒng)對污染物的去除率沒有太大變化,

9、除磷率略有下降,這是因為過長的HRT使得污水中出現(xiàn)部分厭氧狀態(tài),促進了聚磷菌釋磷。2.1.2水力負荷(HLR的影響根據濕地的運行情況設計3個HLR(02、03、04m/d,不同HLR下濕地系統(tǒng)對生活污水的處理效果見表1。表1不同HLR下濕地對生活污水的處理效果Tab1Treatment effect of sewage by wetlands underdifferent HLR%項目COD去除率氨氮去除率TP去除率蔥蘭酸模蘭草蔥蘭酸模蘭草蔥蘭酸模蘭草HLR/ (m·d102412523645971972972834830840 034208036899839859849239609

10、22 04417634585989970982882897915由表1可知,適中的HLR有利于水質凈化,當HLR較低(02m/d時,HRT過長,對COD、TP的去除率反而不高,且厭氧對COD、TP的去除率本身就較低。當HLR過大時,污水在系統(tǒng)內停留時間較短,部分吸附在生物膜表面的有機物還來不及降解就被水流帶出系統(tǒng),使得對COD的去除率下降。HLR對去除氨氮的影響與對去除COD的相似,但影響程度明顯小些。由表1不難看出,HLR為03 m/d時濕地系統(tǒng)的除污效果最好。2.1.3溫度對出水水質的影響試驗于2008年3月9月進行,試驗期間環(huán)境溫度為15 35。從試驗可知,隨著溫度的升高,濕地的除污能力

11、增強,當溫度從15升到35時,出水 COD值由268mg/L下降到148mg/L。這是因為較高的溫度促進了植株的生長,植株根系發(fā)達,提高了輸氧能力,增強了對氮、磷等營養(yǎng)物質的吸收能力。此外,較高的溫度也促進了微生物的繁殖,提高了其生物活性,增強了對有機污染物的去除能力。對氨氮的去除主要依靠微生物的硝化和反硝化作用,它與溫度和pH值密切相關。本試驗中pH值較穩(wěn)定,而溫度的提高有利于硝化菌的繁殖,35左右恰在硝化菌的最適溫度范圍內,此時對氨氮的去除率最高(987%,出水氨氮值只有01mg/L。對TP的去除主要依靠微生物的降解和植物的吸收作用,而溫度的升高有利于生化反應和植物的生長,因此對TP的去除

12、率也達到了90%。2.2濕地植物對處理效果的影響2.2.1不同植物的處理效果在HRT=24h、HLR=03m/d的條件下,不同植物凈化污水的能力如圖1所示。圖1不同植物對污染物的去除率Fig1Removal rate of pollutants by different plants在人工濕地系統(tǒng)中,植物根系周圍存在好氧區(qū)與厭氧區(qū)的交替環(huán)境,植物根系發(fā)達,周圍微生物多,除污能力強。4種植物中,酸模、鳶尾的根系較發(fā)達,而蘭草的根系長勢最旺盛,因此酸模、鳶尾、蘭草對COD的去除能力要略大于蔥蘭的;但各植物系統(tǒng)對NH3N的去除率相差不大,這可能是因為裝置較小,氨氮主要被植物消耗和基質截留。4種植物除

13、磷率的大小排序為酸模蘭草蔥蘭鳶尾,第27卷第11期中國給水排水wwwwatergasheatcom酸模的根系發(fā)達、粗壯,好氧區(qū)范圍較大,抑制了磷的釋放,使得除磷率較高。綜合來看,酸模對氨氮和總磷的去除效果最好,對COD 的去除率也居中,故選擇酸模作為人工濕地的最佳植物。2.2.2植物生長狀況與處理能力的關系在濕地中種植酸模,研究植物生長情況與處理效果的關系。在濕地裝置中選取3棵植株(分別記為1#、2#、3#,同時在植物的原始生長地也分別選取3棵植株(分別記為4#、5#、6#作為對比,通過植株高度來代表植物的生長量,考察植物生長量與除污效果的關系,每隔1周對植物高度進行一次測量,共測量5次。在試

14、驗測定期內,濕地系統(tǒng)中植株高度增長很快,平均增長率為27%,而自然環(huán)境中的植株增長率僅為12%,可見濕地中植物的生長速率明顯快于自然環(huán)境下的。此外,濕地系統(tǒng)中的植物一直保持良好的生長狀態(tài),而自然環(huán)境下生長的植物在試驗后期生長很緩慢,可見濕地中的植物延長了生長期。植物生長情況對除污效果的影響見圖2 。圖2酸模生長狀況對處理效果的影響Fig2Influence of gardon sorrels growth on treatmenteffect從圖2可以看出,對COD 的去除率隨植株高度的增長而提高,在株高達到450cm 后對COD 的去除率達到70%。但是在第4周出現(xiàn)了病蟲害現(xiàn)象,導致植物莖葉

15、損傷,去除率下降,雖然及時治理,但對除污效果仍有一些影響,1周后基本能恢復到正常水平,去除率達到60%左右。隨著植物生長量的增加,對氨氮、TP 的去除率也上升,最終穩(wěn)定在95%左右,由于進水中氨氮、總磷濃度相對較低,病蟲害現(xiàn)象沒有對其去除率造成太大影響。3結論在垂直流人工濕地中,運行參數(shù)對處理效果有很大影響,當水力停留時間在24h 左右、水力負荷在03m /d 時,對污染物的去除效果最好;溫度對濕地的處理效果影響顯著,當溫度為35時除污效果最好;濕地床中的植株增長率基本上比自然界中的高15%;不同植物系統(tǒng)對污染物的去除效果不同,經綜合比較發(fā)現(xiàn)酸模的處理能力較強,隨著生長量的增加,其對氮、磷的去除率也增加,但酸模的生長周期較短,易為蟲害所影響,需加強日常管理。參考文獻:1劉超翔,胡洪營人工復合生態(tài)床處理低濃度農村污水J 中國給水排水,2002,18(7:142王晟,徐祖信,李懷正,等植物根系對垂直流人工濕地水力條件的影響J 同濟大學學報:自然科學版,2008,36(4:5195243雒維國,王世和,錢衛(wèi)一,等潛流型人工濕地除磷效果研究J 安全與環(huán)境工程,2004,11(4:2125電話:135