潜流湿地去除污水处理厂二级出水的处理效果

王昊 陈建伟 何绪文

摘要：采用水平-石灰石潜流湿地对污水处理厂二级出水进行深度处理研究。间歇控制水力负荷，选择连续进水后取样，即在水力负荷分别为0.278、0.139、0.093 m/d时取水，测定其去除效果。结果表明，水平-石灰石潜流湿地对污水中的CODcr、NH3-N、TN和TP的去除效果良好，确定了0.093 m/d为运行最佳水力负荷；该潜流湿地表现出了随着水力负荷的逐渐减小，其对各污染物的去除率逐渐提高的性质。

关键词：水平-石灰石潜流湿地；污水处理厂二级出水；水力负荷；去除率

中图分类号：X703.1 文献标识码：A 文章编号：0439-8114（2013）06-1277-03

现今潜流型人工湿地是世界上应用范围最广的人工湿地[1]， 其优于表流型人工湿地的方面包括污染负荷和水力负荷承受能力强， 不易产生异味，冬季保温效果较好等。在潜流湿地系统中， 污水在湿地床的内部流动， 一方面可以充分利用填料表面生长的生物膜、丰富的根系及表层土和填料截流等的作用， 提高其处理效果和处理能力[2-6]；另一方面由于水流在地表以下流动， 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[7，8]。另外，潜流湿地根据其水流方式分为水平潜流湿地（Horizontal subsurface flow wetland，HSFW）和垂直潜流湿地（Vertical subsurface flow wetland，VSFW）[9-12]。水平潜流湿地具有水力负荷和污染负荷大，对BOD5、CODCr、SS、重金属等污染指标的去除效果好，且很少有恶臭和孳生蚊蝇现象等优点，是目前国际上较多研究和应用的一种湿地处理系统[13-15]。试验采用唐山市污水处理厂二级出水为研究对象，考查水平-石灰石潜流湿地在稳定运行后，不同水力负荷对潜流湿地去除主要污染物效果的影响，找出该潜流湿地的净水规律。

1 材料与方法

1.1 材料

1.1.1 装置 构建水平潜流人工湿地模拟系统1套，湿地结构所用材质为有机玻璃，单个湿地单元规格为长×宽×高=1.6 m×0.6 m×0.6 m。系统底层铺设0.10 m砾石（粒径为15～25 mm）作为下垫面，中层为0.20 m主体基质石灰石（粒径为6～10 mm），上层为0.15 m粉煤灰陶粒（粒径为3～5mm），最上层为0.05 m土壤（过10目筛的混匀土），土壤层中种植芦苇及香蒲，种植比例1∶1。该人工湿地称为水平-石灰石潜流湿地。

1.1.2 仪器与药品 主要仪器：752N型紫外-可见分光光度计、YX-2800/2800+型手提式压力蒸汽灭菌器、GDS-3型数字式浊度仪、Sartorius BS 110S电子天平等。主要试剂：硫酸铵、氯化钠、酒石酸钾钠、纳氏试剂、硝酸银等，均为分析纯试剂，如有特殊要求另作处理。

1.1.3 试验原水水质 试验所用原水为唐山污水处理厂二级出水，其水质指标基本符合城镇污水处理厂污染物排放标准（GB18918-2002）二级标准，其原水水质如表1所示。

1.2 方法

综合人工湿地系统特点，在湿地系统稳定运行条件下，水力负荷是影响人工湿地对污染物处理效果的重要因素。在试验中，选择该系统连续运行2个多月，即在不同的水力停留时间下所对应的不同水力负荷进行试验，进水水质为污水处理厂二级排放标准，潜流湿地连续运行所对应的水力负荷分别为0.278、0.139、0.093 m/d。考查水平-石灰石潜流湿地对污水中的CODCr、NH3-N、TN和TP的去除效果。

2 结果与分析

在此试验中，不同水力负荷条件（0.093、0.139和0.278 m/d）下，对水平-石灰石潜流湿地系统的城镇污水处理厂二级出水的去除效果进行了进一步的研究，从而寻求最佳的处理方案。

2.1 对CODCr的去除效果

从图1可以看出，在不同的水力负荷条件下，水平-石灰石潜流湿地对CODCr具有一定的去除效果。随着水力负荷的逐渐减小，该湿地系统对CODCr的去除效果趋于明显，即去除率逐渐增大。并且，当水力负荷为0.093 m/d时，该系统对CODcr的去除效果最优，其出水CODCr的浓度为11.33～29.93 mg/L，去除率为47.0%～81.9%；而当水力负荷为0.278 m/d时，系统出水CODCr的浓度为22.10～38.76 mg/L，去除率为21.3%～64.3%。通过以上数据可以看出，水力负荷的增大不利于水平-石灰石潜流湿地系统对CODCr的去除。

2.2 对NH3-N的去除效果

从图2可以看出，水平-石灰石湿地系统对NH3-N的去除效果具有明显的规律性。即随着水力负荷的逐渐减小，出水NH3-N的浓度逐渐降低，对NH3-N的去除率逐渐升高。在水力负荷为0.278 m/d时，该系统出水NH3-N的浓度为1.77～5.26 mg/L，其去除率为52.5%～80.1%；当水力负荷下降为0.093 m/d时，水平-石灰石潜流湿地系统出水NH3-N的浓度为1.22～3.96 mg/L，其去除率为65.4%～87.8%。

2.3 对TN的去除效果

从图3可以看出，与对NH3-N的去除效果类似，水平-石灰石潜流湿地系统对TN的去除效果同样具有明显的规律性，即随着水力负荷的逐渐减小，出水TN的浓度逐渐降低，对TN的去除率逐渐升高。在水力负荷为0.278 m/d时，该系统出水TN的浓度为3.83～9.35 mg/L，其去除率为48.0%～76.5%；当水力负荷下降为0.093 m/d时，系统对TN的去除率明显提高，即水平-石灰石潜流湿地系统出水TN的浓度为2.77～7.45 mg/L，去除率为64.2%～87.4%。

2.4 对TP的去除效果

从图4可以看出，水平-石灰石潜流湿地系统出水中的TP浓度变化趋势明显，而且波动性较大。随着水力负荷的逐渐减小，该系统出水的TP浓度逐渐降低，对TP的去除率逐渐升高。在水力负荷为0.278 m/d时，该系统出水TP的浓度为0.14～0.59 mg/L，其去除率为40.1%～88.1%；当水力负荷下降为0.093 m/d时，系统对TP的去除率明显提高，即水平-石灰石潜流湿地系统出水TP的浓度为0.10～0.35 mg/L，其去除率为62.3%～92.0%。通过以上数据可知，水平-石灰石潜流湿地对磷素的去除效果明显，这可能是由于石灰石本身的特性决定的，或是由于石灰石潜流湿地系统拥有适合去除磷素的环境系统，或是由于两者共同的影响，这需要对去除机理进行深入分析。

3 结论

1）该试验主要分析了水力负荷对各污染物去除效果的影响。确定了0.093 m/d为最佳运行水力负荷，在此运行负荷条件下，水平-石灰石潜流湿地表现出了对CODCr、NH3-N、TN和TP等主要污染物指标有较好的去除效果。

2）在不同水力负荷（0.093、0.139和0.278 m/d）下，就该湿地系统对城镇污水处理厂二级出水的去除效果进行了进一步的研究。试验表明，水平-石灰石潜流湿地表现出了随着水力负荷的逐渐减小，其对各污染物的去除率呈逐渐提高的趋势。

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