人工湿地-超滤组合工艺处理生活污水效能研究*

2017-10-09王雪微孙小淇陈玉飞

哈尔滨师范大学自然科学学报 2017年2期

关键词：超滤膜生物量去除率

马悦，杨旭,2**，王雪微，聂洁，孙小淇，陈玉飞

(1.哈尔滨师范大学;2.上海交通大学)

人工湿地-超滤组合工艺处理生活污水效能研究*

马悦1，杨旭1,2**，王雪微1，聂洁1，孙小淇1，陈玉飞1

(1.哈尔滨师范大学;2.上海交通大学)

人工湿地组合工艺；生活污水；处理效能

0 引言

水是人类生存和发展不可缺少的资源，在国民生产中，各行各业都离不开水[1].虽然我国水资源总量比较多，但人均量相对不足，仅占世界人均径流量的1/4[2].随着经济的发展，大量污水未经处理后直接排入水体中，使我国的地表水质严重污染，水污染已成为我国的一大灾害[3-5].因此，对生活污水处理的研究受到了广泛关注.

人工湿地是在调查研究天然湿地的基础上，通过人工建造控制的系统[6].由于其投资、运行费用低且效果相对稳定等优点受到世界各地的广泛应用,用来处理不同类型的污水[7-9].但该工艺占地面积大，在小的空间不适用，因此一些学者研究通过膜法处理污水[10-11].膜法具有占地面积小、处理效果好的优点，但同时成本高、易污染且寿命短，不能被大规模使用[12].为了发挥其各自的优势，将二者进行组合，以城市生活污水为研究对象，将污水先通过人工湿地，然后再通过超滤处理.这样既减小了占地面积，又降低了膜处理的成本，同时，由于生活污水首先通过了人工湿地，也减少了膜污染.为此，该研究组建人工湿地-超滤组合工艺，研究其对生活污水处理的效能.

1 研究材料及方法

1.1人工湿地-超滤组合工艺的构建

由于水平潜流人工湿地具有承受水力负荷大、保温效果好的优点，适用于中国北方.本研究采取水平潜流人工湿地-超滤组合工艺.人工湿地的尺寸为长1.5 m、宽0.8 m、高0.8 m，两边进出水各设一个长为0.2 m、宽为0.2 m，高为0.8 m的集水池，填料依次为大砾石、小砾石、土壤.厚度为0.7 m.湿地系统采用的植物为芦苇，种植密度为20株/m2，该系统于2016年5月初试运行，6月正式运行，10月末结束.

超滤工艺的膜为中空超滤膜，外径为2.0 mm，内径1.0 mm，其上孔径为0.045 μm，材料为PVDF，韧性好且工作压力要求低，抽吸压力为0.2MPa.5月初试运行，6月初正式运行，8月末结束.

在以上两套系统的基础上，探究最优运行负荷，构建水平潜流人工湿地-超滤组合工艺，2016年11月试运行，12月正式运行，2月末结束.运行期间所用进水为哈尔滨师范大学学生公寓的生活污水.

1.2检测方法

2 数据及分析

2.1人工湿地植物的高和生物量的变化

植物是人工湿地系统中重要的组成部分，植物不仅在生长过程中吸收氮磷等营养物质，同时辅助湿地中的基质和微生物净化污水，此外，植物能将氧气输送至根须，形成好氧厌氧区间，为生物代谢提供条件[13-15].因此，对植物的研究十分有必要.为研究植物的高和生物量的变化，于2016年6月30日、7月30日、8月30日、9月30日、10月30日分别取芦苇现场测定高和单位产量，回实验室后测定其干重，植物上下两部分分别测定.芦苇的生长高度变化如图1所示，生物量变化见表1.

图1 芦苇的生长高度变化

表1 植物生物量变化

表中生物量以干质量计算，单位是kg/m2

从图1中可以看出，芦苇主要在9月份之前生长，且在8月份前后生长最快，到10月份高度基本不变.从表1中可以看出，植物的生物量变化与高度变化类似，都是在8月份增长最快，在9月份最高，而到了10月份反而减少，由此可看出，植物的高度和生物量与季节有关.

2.2去除率与季节变化

人工湿地主要靠湿地植物、基质和微生物起作用，首先研究了湿地植物与季节的关系，而温度对生物活性有重大影响.因此，为研究人工湿地对污染物去除情况与季节温度的关系，对6月30日、7月30日、8月30日的出水水质进行了比较，并计算各月份的去除率，结果如图2所示.

从图2中可以看出，去除率大小按顺序排列为8月>6月>10月，8月为夏季，生物活性高，植物生长旺盛，代谢高，摄取的营养元素量大，对TN的去除率显著.10月份北方开始降温，生物的活性降低且植物开始枯黄，对营养元素的摄取显著降低，对水中污染物的去除率小于其他的季节.这与之前研究的植物生物量与季节的关系相吻合，充分说明了植物对人工湿地的作用.