现有人工湿地污水处理工艺改进性研究

郑凌之

(梅州市环境监测中心站，广东 梅州 514021)

现有人工湿地污水处理工艺改进性研究

郑凌之

(梅州市环境监测中心站，广东 梅州 514021)

在梅州市五华县县城污水厂人工湿地中试现场，结合查阅相关资料，了解了该人工湿地的工艺参数，对人工湿地中基质、植物及运行方式进行了试验研究。通过改变人工湿地基质、出水回流、增加水力停留时间及改进湿地植被种类，总磷、氨氮、总氮的最佳去除率分别达到85.9%、84.8%、47.9%，出水浓度分别达到0.44 mg/L、2.4 mg/L、11.2 mg/L。

污水处理；人工湿地；改进性研究；脱磷除氮；小城镇

1 研究背景

用人工湿地方法处理城镇污水，与其他常规工艺相比，具有效率高、投资低、低运转费用、低维持技术、低耗能和出水水质好、环境效益大等多项优点。采用人工湿地污水处理技术，要结合不同地区的具体情况深入开展实验研究，以获得针对不同地区特点、不同环境气候条件及不同污水特性的人工湿地污水处理效果及相关实用数据。

本文对现有污水处理厂人工湿地进行试验研究，主要是为保证水厂出水指标符合环保部门审批中的排放标准要求，尤其要满足排放标准中对氮磷指标的要求。氮磷是造成水体富营养化的主要原因，富营养化会破坏水生态系统平衡，影响水体功能，控制好氮磷污染物指标的排放浓度十分重要。本研究通过对县城污水污染物的分析，在对实验结果进行分析的基础上，指出了人工湿地存在的不足，提出了一些改进措施。所得研究成果为梅州市县城污水厂一级强化处理+人工湿地示范工程提供了重要的数据参考[1,2]。

2 实验部分

2.1 监测点位与监测频次

在污水处理厂细格栅后进水和二级出水总排口设置2个点位。

2.2 监测频次

每月初采样，连续3d，1d 4次。

2.3 结果与分析

2012—2013年1个周期年的监测情况如表1所示。

表1 主要污染物监测结果汇总表 (mg/L)

2.4 现有工艺污染物去除效果分析

2.4.1 去除有机物效果分析

现有工艺对有机物的去除效果良好，监测的CODCr出水浓度值在15.7 ～28.7 mg/L，出水水质远低于排放标准，去除效率在72%以上。在没有超过设计工艺负荷的情况下，去除效率随着污水进厂浓度的增大而呈现增高趋势。

2.4.2 去除氨氮效果分析

现有工艺对氨氮的去除效果随温度的变化较大，去除效率为56.1%～82.0%。氨氮出水浓度值在2.3 ～6.2 mg/L，出水水质低于排放标准。在实际现场的观察中，发现植物的生产情况与氨氮的去除关系明显。

2.4.3 去除总磷效果分析

现有工艺对总磷的去除效果较好，监测的总磷出水浓度值在0.77 ～1.62 mg/L。由于排放标准的提高，在水质波动的情况下，有时总磷的排放浓度要高于排放标准值，总磷的去除效率是制约人工湿地工艺的最主要因子。

2.4.4 去除总氮效果分析

现有工艺对总氮的去除效果不好，监测的总氮出水浓度值在10.7 ～16.5mg/L，出水水质低于排放标准。总氮在没有超过设计工艺负荷的情况下，去除效率随着污水进厂浓度的增大而呈现增高趋势。

3 现有人工湿地系统改进性研究

3.1 试验条件

表2 水质条件 (mg/L)

水深设计为1.5 ～2.0 m。试验现场污水厂的人工湿地系统分8座，并联运行，每座分4段处理池，设计处理污水规模为2500m3/d。可8套并联运行的人工湿地系统从1～8号顺序编号。试验准备时间为3—7月，试验进行时间为8月—次年1月。

3.2 人工湿地系统中基质改进性设计

从物理性质上考虑，在池内部填充多孔的、有较大比表面积的基质，对系统污染物的去除有以下促进作用：能改善人工湿地的水力学性能，能给微生物提供更大更有效的附着面，从而增强整个系统去除污染物的能力。从基质的化学特性上分析，人工湿地如选用石灰石或矿渣、粉煤灰等，这些材料的特性对磷吸附能力好，可以达到较好的去磷效果；而选用煤灰、沸石、累托石等基质，则能够有效提高去除氨氮的效率[3,4]。

3.3 水力停留时间改进性设计

潜流人工湿地的一级动力学模型多参数的计算结果[5]：水力停留时间愈长，污染物去除率愈高。因此，可以通过增加水力停留时间提高对污染物的去除效率。可以通过2种方式实现：

回流式进水的方式：①可对进水进行一定的稀释，减轻湿地的污染负荷；②增加水中的溶解氧，采用低扬程水泵，通过水力喷射的方式进行充氧；③增加污水的水力停留时间。本设计中3号池采用处理后回流的方式提高污水的去除效率。

第二种方式是通过改变原来人工湿地连续进水，调整为间歇式进水的方式增加水力停留时间。本设计4号池采用间歇式的进水方式。

3.4 植物改进性设计

筛选适宜的人工湿地植物，对提高和稳定人工湿地的净化功能具有重要意义。植物的选择应尽量考虑增加系统的生物多样性，生态系统的物种越多，结构越复杂，稳定性较强的植被有助于磷的去除。对于潜流人工湿地，种植具有浓密和较长根系的湿地植物较为理想[6]。

现有湿地的植被为一级、二级生物池水葫芦，一级、二级碎石床主要选用芦苇、席草、蒲草、美人蕉、伞草、风车草。

本文改用对脱磷除氮效果好的、在本地生长容易种植的、且有观赏价值的植物，对其脱氮除磷效果进行研究，旨在为人工湿地脱氮除磷工程应用提供多种植物选择。有研究表明[7]，通过对潜流湿地系统中芦苇、香蒲的收割实验发现，每克干重芦苇、香蒲能净吸收污水中32 mg氮。因此，在5号池体中前2级适当增加植被间距，同时在6号池体改变植物种类。在第一级碎石池种植芦苇、香蒲和芦竹，二级碎石池种植风车草、美人蕉，间距约为30 ×50 cm。

4 试验结果分析

4.1 水质监测点位和监测频次

在1～6号池的出水口位置各设置1个监测点位，监测项目为氨氮、总磷、总氮。每个月月初连续采样3d，1d采样4次，采样期180d。

4.2 水质监测结果

表3、表4、表5为所得监测数据。

表3 总磷监测结果汇总表 (mg/L)

表4 氨氮监测结果汇总表 (mg/L)

表5 总氮监测结果汇总表 (mg/L)

4.3 改进性工艺污染物去除效果分析

4.3.1 对总磷的去除效率分析

从图1可以看出：通过改变人工湿地基质、出水回流及改进湿地植被种类，可以明显提高总磷的去除效率。

4.3.2 对总氮的去除效率分析

从图2可以看出：通过改变人工湿地基质、增加水力停留时间及改进湿地植被种类，可以明显提高总氮的去除效率。

4.4 小结

通过改变人工湿地基质、出水回流及改进湿地植被种类，明显提高了污水中总磷的去除效率，总磷的最佳去除率达到85.9%，出水总磷浓度为0.44 mg/L。通过改变人工湿地基质、改进湿地植被种类，可以提高氨氮的去除效率，氨氮最佳去除率达到84.8%，出水氨氮浓度为2.4 mg/L，但是增加水力停留时间反而降低氨氮的去除效果。通过改变人工湿地基质、增加水力停留时间及改进湿地植被种类，均可以明显提高总氮的去除效率，总氮最佳去除率达到47.9%，出水总氮浓度为11.2 mg/L。与原有人工湿地工艺相比，改进性人工湿地不仅减轻湿地的污染负荷，增加水中溶解氧，同时提高了水质污染物的去除效率。

5 结论

试验期间，在梅州市五华县县城污水厂人工湿地中试现场，结合查阅相关资料，了解了该人工湿地的工艺参数，对人工湿地中基质、植物及运行方式进行了试验研究。经测定污水厂进口污水和处理后出口水水质中化学需氧量、氨氮、总氮、总磷等指标的浓度，取得如下结果：

(1)使用一级强化处理后，再经人工湿地系统净化水质，COD的处理效率达到72%以上，出水水质COD浓度在25mg/L左右，去除有机物效果较好。

(2)湿地系统采用煤渣和砾石的混合料作为基质滤料后，与之前湿地系统的单一采用砾石作为基质相比，前者对NH3-N和TP的去除效率较高。填料的选择从尽量就地取材、容易获得且价格便宜的角度考虑，因此可以改用混合填料作为基质。

(3)优选适合本地生长的，并在各种污水浓度下去除效果好的植物。第一级碎石池适合种植芦苇、菖蒲和芦竹，二级池适合种植风车草、美人蕉。

(4)在一级生物池中适当控制植株的密度可避免影响水面复氧。

(5)冬季芦苇及芦竹枯萎时要及时收割，收割后芦竹可以作为保温材料覆盖在池体上,有利于提高微生物对污染物的去除效率。

[1]吴彩斌,向速林,鲁秀国. 处理农村生活污水的生物接触氧化-人工湿地组合工艺[J].湖北农业科学,2008,47(1):44-46.

[2]白永刚,吴浩汀. 滴滤池-人工湿地组合工艺处理农村生活污水[J]. 中国给水排水, 2007,23(17):55-57.

[3] 徐丽花,周琪. 不同人工填料人工湿地处理系统的净化能力研究[J]. 上海环境科学,2002,21(10):603-605.

[4] 徐丽花,周琪. 人工湿地控制暴雨径流污染的实验研究[J]. 上海环境科学,2002, 21(5):275-277.

[5] 李丽. 潜流人工湿地去除生活污水中氮磷的试验研究[D]. 上海:华东交通大学，2008.

[6] 李旭东,周琪,张荣社,等. 三种人工湿地脱氮除磷效果比较研究[J]. 地学前缘,2005(12):73-76.

[7] Fennessy M S, Cronk J K, Mitsch W J. Macrophyte productivity and community development in created freshwater wetlands under experimental hydrological conditions[J]. EcolEng, 1994, 3(4): 469-484.

Applied Research on Improving Treatment Technology of Constructed Wetland System

ZHENG Ling-zhi

(Meizhou Station of Environment Monitoring, Meizhou, Guangdong 514021, China)

The experimental study on the existing constructed wetland in Wuhua County was conducted in Meizhou. The process parameters, the substrate, plants, and operation ways of the wetland were tested. The optimal removal rates of total phosphorus, ammonia, and total nitrogen were 85.9%, 84.8%, and 47.9% respectively after adjusting the substrate of the wetland, the varieties of plants, the back flow, and increasing the water detention time. The after concentrations of the pollutants were 0.44 mg/L, 2.4 mg/L, and 11.2 mg/L respectively.

wastewater treatment;constructed wetland; improved research; removal of nitrogen and phosphorus; small town

2016-12-27

X703

A

1673-9655(2017)03-0095-04