人工湿地-稳定塘组合系统对污染物的去除效果

李　丽，王全金

（华东交通大学土木建筑学院，江西南昌330013）



试验研究

人工湿地-稳定塘组合系统对污染物的去除效果

李丽，王全金

（华东交通大学土木建筑学院，江西南昌330013）

研究了200、500、1 000mm/d 3种不同水力负荷条件下人工湿地-稳定塘组合系统对污水中污染物的处理效果，分析了组合系统的抗污染负荷能力。研究表明，水力负荷对人工湿地-稳定塘组合系统处理生活污水的去除效果有较大的影响，随着水力负荷的降低，去除率逐渐升高。CODCr、TN、NH4+-N去除率分别达到72.09%、51.68%、62.54%，组合系统具有较好的抗污染负荷冲击能力，出水能保持相对稳定。

人工湿地；稳定塘；生活污水

人工湿地在治理污染水体中以独特的优势得到广泛关注〔1-2〕，而多级人工湿地-稳定塘组合系统在充分发挥人工湿地和塘的优点的同时，还能弥补人工湿地和塘本身的不足，在各种污水治理中具有广阔的应用前景。组合系统对污染物具有更好的去除效果，较强的抗负荷能力，能适应一定的水力和污染负荷变化，达到稳定出水〔3〕。笔者以多级人工湿地为主体，辅以稳定塘深入研究不同水力负荷、不同污染负荷下各污染物的去除效果以及去除机理，为人工湿地-稳定塘组合系统的广泛推广及应用提供参考，以期在污水治理中发挥作用。

1　实验装置与方法

1.1实验装置

实验采用连续进水、连续出水的方式，工艺流程为：截留生活污水→水平潜流人工湿地→稳定塘→市政污水管道。

水平潜流人工湿地两级串联，第一级长、宽、高分别为2 500、1 000、550mm，底部填充450mm、粒径3～5mm的砾石，上部填充100mm当地土层；第二级长、宽、高分别为2500、1000、500mm，下部填充高400mm、粒径3～5mm的砾石，上部填充100mm当地土层，池底坡度为2%，孔隙率为0.45。稳定塘长、宽、高分别为5 000、2 000、1 000mm，池底铺200mm、粒径10～20mm的砾石，表层铺100mm当地土壤，种植粉绿狐尾藻。

1.2实验分析方法

参照《水和废水检测分析方法》（4版），CODCr采用快速密闭消解法，TN采用过硫酸钾氧化-紫外分光光度法，NH4+-N采用纳氏试剂分光光度法。

1.3实验水质

水力负荷实验以经化粪池处理后的校园生活污水为原水，其CODCr（43.3±44.0）mg/L、TN（20.6± 7.1）mg/L、NH4+-N（16.0±7.7）mg/L；污染负荷试验选用葡萄糖、磷酸二氢钾、氯化铵、尿素、碳酸氢钠以及其他少量、微量元素配水模拟不同浓度生活污水，其CODCr94.08～157.25 mg/L、TN 77.58～181.38 mg/L、NH4+-N 49.53～115.52mg/L。

2　结果与分析

2.1不同水力负荷下污染物去除效果分析

表1为不同水力负荷下组合系统对污染物的去除效果。

表1　不同水力负荷下CODCr、TN、NH4+-N的去除效果

研究发现，随着水力负荷的逐步提高，CODCr、TN、NH4+-N去除率均逐渐下降。水力负荷为200、500、1 000mm/d时，进水平均CODCr分别为61.17、35.60、33.06 mg/L，平均去除率分别为72.09%、68.06%、64.50%，组合系统对CODCr具有较好的去除效果。当水力负荷（200mm/d）较低时，污水与组合系统内微生物群落充分接触，大量有机物由于接触时间充足而被降解去除，因而CODCr去除率较高。大部分不溶性有机物首先通过沉淀、过滤作用被去除，然后可溶性有机物通过附着的微生物进行降解，沉水植物塘中沉水植物在光照条件下补充增加水中DO，使有机物进行好氧分解，提高CODCr的去除率。组合系统中，两级潜流人工湿地为缺氧或厌氧环境，对有机物去除不完全，硝化同反硝化微生物利用充足的碳源进行代谢，最终达到去除的目的〔4〕；大气复氧及植物光合作用能为系统在生态塘的运行提供大量充足的氧气〔5-6〕。组合系统内多个构筑物串联较之单一构筑物有更明显的厌氧-好氧环境交替作用，益于植物生长〔7〕和微生物群落代谢作用〔8〕。

水力负荷为200、500、1 000mm/d时，进水平均TN分别为22.74、21.64、17.46mg/L，平均去除率分别为51.68%、48.22%、46.82%；进水平均NH4+-N分别为18.89、16.27、12.84 mg/L，平均去除率分别为62.54%、53.53%、50.47%。可见组合系统对TN、NH4+-N均具有较好的去除效果。

氮的去除机理包括氨挥发、硝化、反硝化、植物吸收等途径，硝化、反硝化反应是氮去除的主要方式〔9〕。组合系统对NH4+-N的去除效果优于TN，这是由于生态塘中沉水植物通过光合作用提高了水中DO含量，利于NH4+-N的硝化反应，系统中硝化反应速率大于反硝化速率，逐步升高了组合系统内NO3--N浓度而影响TN去除效果，从而出现NH4+-N的出水效果更好。潜流人工湿地不利于反硝化细菌的代谢活动，反硝化反应速率降低，同时随着COD的去除使得碳源匮乏，碳氮比降低也抑制反硝化作用〔10〕。构筑物内相对缺氧，环境条件导致湿地内硝化反应过程不完全，NO2--N浓度升高，进入生态塘后，塘内良好的复氧环境为硝化、反硝化反应提供充足的溶解氧供给，NO2--N浓度得到逐步降低。水力负荷为500、1 000mm/d时，潜流湿地中较高的溶解氧通过氧化来降低污水中NO2--N，随污水沿流程的深入，DO被逐渐消耗。

2.2不同污染负荷下污染物去除效果分析

图1为不同污染负荷下，组合系统对污染物的去除效果。

图1　COD、TN、NH3-N 浓度变化及去除率

由图1可知，组合系统对有机物的抗污染负荷能力较强，当进水CODCr为94.08～157.25mg/L、TN为77.58～181.38mg/L、NH4+-N为49.53～115.52mg/L时，出水CODCr为40.32～64.59mg/L、TN为29.79～62.19mg/L、NH4+-N为19.44～58.18mg/L。对各组数值进行标准差分析，进水中CODCr变化标准差为18.8 mg/L、TN变化标准差为32.7 mg/L、NH4+-N变化标准差为21.2mg/L；出水中CODCr变化标准差为8.2mg/L、TN变化标准差为11.5mg/L、NH4+-N变化标准差为12.3mg/L。

人工湿地-生态塘组合系统对CODCr、TN、NH4+-N均有较好的抗冲击负荷能力，进水相对于出水中污染物浓度标准偏差较高，经系统处理后偏差明显缩小，水质变化波动趋于平缓。从图1和计算数据发现，TN比NH4+-N出水浓度变化标准差降低幅度更为显著，表明人工湿地-塘组合系统对TN的耐冲击负荷优于NH4+-N。

有机物的去除机理相对简单，不溶性有机物的去除主要包括生态塘的沉降及潜流人工湿地基质拦截，溶解性有机物的去除主要包括微生物降解及植物吸收、吸附作用。氮的去除包括沉淀、过滤、填料吸附聚集、植物吸收转化、微生物群落硝化和反硝化作用、污染物质形态的转化等。其中在以人工湿地为主体的生态污水处理系统中占除氮作用主导地位的是硝化和反硝化作用〔11-13〕。人工湿地-生态塘组合系统有较好的复氧环境，好氧微生物代谢活动提高，通过硝化、反硝化作用的循环，组合系统完成了对污染物的去除，污染负荷变化时，组合系统具体的反应流程组成有应激性的改变，这种以流程的改变应对污染负荷变化的方式，组合系统可以实现通过不同的方式高效去除污染物，同时减弱了进水污染物浓度波动的影响，充分保证了出水水质的改善和稳定性。

3　结论

（1）水力负荷对CODCr、TN、NH4+-N 3种污染物质的去除效果均有影响，随着水力负荷不断提高，去除率均逐渐下降。水力负荷为200、500、1 000mm/d时，平均CODCr去除率分别为72.09%、68.06%、64.50%，平均TN去除率分别为51.68%、48.22%、46.82%，平均NH4+-N去除率分别为62.54%、53.53%、50.47%，均具有较好的去除效果。

（2）潜流人工湿地-生态塘组合系统有较好的抗污染负荷能力，当进水中CODCr、TN、NH4+-N浓度有一定变化时出水能保持相对稳定。对各组数值进行标准差分析，进出水CODCr变化标准差分别为18.8、8.2mg/L；进出水TN变化标准差分别为32.7、11.5mg/L；进出水NH4+-N变化标准差分别为21.2、12.3mg/L。

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Removing effects ofpollutants by
constructed wetland-stabilization pond combined system

Li Li，Wang Quanjin
（SchoolofCivil Engineeringand Architecture，EastChina Jiaotong University，Nanchang330013，China）

The effects of the combined system，constructed wetland-stabilization pond on the removal of pollutants from sewage under three kinds of hydraulic loads（200，500，and 1 000 mm/d，respectively）conditions have been studied，and the anti-pollution load capacity of the combined system analyzed.The results show thathydraulic loads have great influence on the removing capacity of the combined system，constructed wetland-stabilization pond，for treating domestic sewage.With the decrease of hydraulic load，the removing rate increases gradually.The removing rates of CODCr、TN、and NH4+-N can reach 72.09%，51.68%，and 62.54%，respectively.The combined system has pretty good capacitiesofanti-pollution load and shock resistance.Theeffluence remains relatively stable.

constructed wetland；stabilization pond；domestic sewage

X703.1

A

1005-829X（2016）07-0022-04

国家自然科学基金（51169006）；华东交通大学振动与噪声重点实验室资助（14TM01）

李丽（1979—），讲师。电话：13870057637，E-mail：358701153@qq.com。

2016-03-24（修改稿）