污染负荷对人工湿地污染处理效果的影响

2013-11-19和丽萍杨逢乐

环境科学导刊 2013年1期

张萍，和丽萍，陈静，杨逢乐，田军

(云南省环境科学研究院，云南昆明650034)

人工湿地作为一种新兴的污水处理工艺，兴起于20世纪70年代，具有建造及运转费用低、维护简单、效果好、适用面广、对负荷变化的适应能力强等特点。一般来说，人工湿地对进水污染负荷的承受能力有一定的范围，污染负荷过大或过小均会影响其去除效率。根据国内外经验及人工湿地特点，本研究选择实际运行的抚仙湖马料河人工湿地及窑泥沟人工湿地，通过实测水质监测数据分析研究，考查人工湿地在不同污染负荷条件下的净化效果。

1 研究条件与方法

1.1 人工湿地建设及处理工艺

试验选取建设于抚仙湖北岸污染较为严重的马料河、窑泥沟的两个人工湿地。抚仙湖窑泥沟人工湿地位于抚仙湖北岸，占地面积33亩，设计处理能力1.0万m3/d，主要处理上游澄江县城市生活污水、县城污水处理厂排水、沿途13个村庄的生活污水和上万亩农田径流形成的混合污水。抚仙湖马料河人工湿地位于抚仙湖北岸，占地面积29.8亩，设计处理能力为1.5万m3/d，主要处理抚仙湖北岸马料河流域的农业面源及村落污水。两个人工湿地均采用独创式复合型人工湿地自流净化工艺，工艺流程见图1。

1.2 测试项目及方法

玉溪市环境监测站于2003年、2004年，云南省环境科学研究院于2005～2008年，分别对马料河人工湿地、窑泥沟人工湿地各4个采样点的7项水质指标进行了30次采样监测。4个采样点分别为湿地进水口、氧化塘出水口、潜流湿地出水口、表面流湿地出水口。7项水质指标为TN、NH3－N、TP、CODCr、CODMn、SS及 BOD5等。监测方法均采用国家环境保护总局编写的《水和废水监测分析方法》，具体监测方法为:TN采用碱性过硫酸钾分光光度法，NH3－N采用水杨酸分光光度法，TP采用钼酸铵分光光度法，CODCr采用重铬酸盐法，SS采用重量法，BOD5采用稀释与接种法。

1.3 人工湿地进出水水质

马料河人工湿地以及窑泥沟人工湿地系统的进水浓度平均值TN分别为5.41mg/L及12.46mg/L，NH3－N分别为1.70mg/L及4.55mg/L，TP分别为0.44mg/L及1.15mg/L，CODCr分别为45.75mg/L及57.45mg/L，SS分别为334.81mg/L及55.11mg/L;两个人工湿地系统的出水浓度TN分别为2.80mg/L及8.17mg/L，NH3－N分别为1.05mg/L及2.90mg/L，TP分别为0.28mg/L及0.87mg/L，CODCr分别为22.06mg/L及29.49mg/L，SS分别为12.71mg/L及11.30mg/L。采用《地表水环境质量标准》(GB3838－2002)对两个湿地系统的出水水质平均值进行判别，出水水质为劣Ⅴ类。

2 污染负荷与去除率的相关性分析

2.1 氮磷进水浓度与去除率

一般来说，人工湿地对进水污染负荷的承受能力有一定的范围，污染负荷过大或过小均会影响其去除效率。对马料河人工湿地、窑泥沟人工湿地各监测指标的进水浓度与去除率进行对比分析，结果表明:TN、NH3－N及TP去除率基本上是随着进水浓度的上升而逐渐下降。

马料河人工湿地TN进水浓度为20～25mg/L时，去除率为36.4%;TN进水浓度为10～20mg/L时，去除率为53.7%;TN进水浓度为10mg/L以下时，去除率为60%左右。NH3－N进水浓度为5.0～8.0mg/L时，去除率为43.9%;NH3－N进水浓度为1.0～4.0mg/L时，去除率为55%左右;NH3－N进水浓度为1.0mg/L以下时，去除率为68.6%左右。TP进水浓度为1.0～2.0mg/L时，去除率为33.5%;TP进水浓度为0.3～1.0mg/L时，去除率为45%左右;TP进水浓度为0.3mg/L以下时，去除率为60%左右。

窑泥沟人工湿地TN进水浓度为20～23mg/L时，去除率为30.3%;TN进水浓度为6～10mg/L时，去除率为43.0%;TN进水浓度为3～6mg/L时，去除率为60%左右。NH3－N进水浓度为5.0～13mg/L时，去除率为21.86%;NH3－N进水浓度为3.0～4.0mg/L时，去除率为44.39%;NH3－N进水浓度为1.0～3.0mg/L时，去除率为57.66%左右。TP进水浓度为0.7～1.0mg/L时，去除率为19.92%;TP进水浓度为0.6～0.7mg/L时，去除率为20%左右;TP进水浓度为0.3～0.6mg/L时，去除率为29.13%。

2.2 有机物及悬浮物进水浓度与去除率

CODCr、BOD5及SS去除率基本上是随着进水浓度的下降而逐渐下降。

马料河人工湿地 CODCr进水浓度为 50～100mg/L时，去除率为61.3%;CODCr进水浓度为40～50mg/L时，去除率为39.8%;CODCr进水浓度为20mg/L以下时，去除率为41.7%。BOD5进水浓度为 20～70mg/L时，去除率为 72.3%;BOD5进水浓度为5～10mg/L时，去除率为35%左右;BOD5进水浓度为5mg/L以下时，去除率为40%左右。SS进水浓度为35～50mg/L时，去除率为83.8%;SS进水浓度为30～35mg/L时，去除率为55.0%左右;SS进水浓度为10～30mg/L时，去除率为50%左右。CODMn去除率先是随着进水浓度的下降而上升，又随着进水浓度的下降而降低。CODMn进水浓度为 20～30mg/L时，去除率为30.4%;CODMn进水浓度为15～20mg/L时，去除率为64.5%;CODMn进水浓度为5～15mg/L时，去除率为30%左右。

窑泥沟人工湿地 CODCr进水浓度为 100～200mg/L时，去除率为80.77%;CODCr进水浓度为40～80mg/L时，去除率为30% ～40%;CODCr进水浓度为30～40mg/L时，去除率为30%左右。BOD5进水浓度为 20～70mg/L时，去除率为75.4%;BOD5进水浓度为5～10mg/L时，去除率为50%左右;BOD5进水浓度为4～5mg/L时，去除率为20%左右。SS进水浓度为200～250mg/L时，去除率为96.4%;SS进水浓度为30～35mg/L时，去除率为70%以上;SS进水浓度为10～20mg/L时，去除率为40%左右。CODMn去除率先是随着进水浓度的下降而上升，又随着进水浓度的下降而降低。CODMn进水浓度为20～85mg/L时，去除率为36.15%;CODMn进水浓度为15～20mg/L时，去除率为62.33%;CODMn进水浓度为5～15mg/L时，去除率为40%左右。

2.3 人工湿地最佳进水浓度

综合考虑各项水质指标进水浓度对其去除率的影响，如果不考虑其它因素，仅从系统处理效果的角度选择污染负荷，马料河人工湿地系统的最佳污染负荷为:TN 1.0～10mg/L，TP 0.1～0.3mg/L，NH3－N 0.1～1.0mg/L，CODMn15～20mg/L，CODCr50～150mg/L，BOD520～70mg/L，SS 35～50mg/L;窑泥沟人工湿地系统的最佳污染负荷为:TN 3.0～10mg/L，TP 0.3～0.6mg/L，NH3－N 1.0～3.0mg/L，CODMn15～20 mg/L，CODCr100～200mg/L，BOD520～70mg/L，SS 200～250mg/L。

进水浓度与污染物去除率变化情况见表1、表2，污染负荷对去除效果的影响见图2及图3。

3 研究结论

(1)随着湿地的运行，马料河人工湿地和窑泥沟人工湿地的进水不断上升，而各项水质指标的去除率逐渐下降，故出水浓度也随之上升，且进水浓度与出水浓度的差距净值不断加大。

(2)马料河人工湿地TN浓度为2.12mg/L时净化效果最好，为71.31%;TP浓度为0.49mg/L时为75.51%;CODCr浓度为134.64mg/L时为81.82%;SS浓度为7.56 mg/L时为67.64%。综合考虑各项水质指标进水浓度对其去除率的影响，如果不考虑其它因素，仅从系统处理效果的角度选择污染负荷，马料河人工湿地系统的最佳污染负荷为:TN 1.0～10mg/L，TP 0.1～0.3mg/L，CODCr0.6mg/L，CODCr100～200mg/L，SS 200～250mg/L。

表1 马料河人工湿地进水浓度与污染物去除率变化情况 (mg/L)

表2 窑泥沟人工湿地进水浓度与污染物去除率变化情况 (mg/L)

(3)窑泥沟人工湿地，TN浓度为9.57mg/L时净化效果最好，为72.10%;TP浓度为2.12mg/L时，为71.31%;CODCr浓度为166.32mg/L时，为79.76%;SS浓度为55.56mg/L时，为96.00%。综合考虑各项水质指标进水浓度对其去除率的影响，如果不考虑其它因素，仅从系统处理效果的角度选择污染负荷，窑泥沟人工湿地系统的最佳污染负荷为:TN 3.0～10mg/L，TP 0.3～50～150mg/L，SS 35～50mg/L。

(4)通过对马料河人工湿地及窑泥沟人工湿地的进水浓度与各项水质指标的净化效果相关性分析得知，综合考虑各项水质指标进水浓度对其去除率的影响，如果不考虑其它因素，仅从系统处理效果的角度选择污染负荷，人工湿地系统的最佳污染负荷为:TN 1.0～10mg/L，TP 0.6mg/L以下，NH3－N 3.0mg/L以下，CODMn15～20mg/L，CODCr100～150mg/L，BOD520～70mg/L，SS 200～250mg/L或35～50mg/L。