垂直流湿地污水处理效果影响因素探究

2022-02-23范天丽杨雨晗

环境科学导刊 2022年1期

范天丽，杨雨晗

(昆明绿地环保工程咨询有限公司，云南昆明 650100)

0 引言

湿地是一种复杂的自然综合体，湿地是陆地与水体之间的过渡带，具有独特的生态结构和功能。1982年3月12日修正的“国际湿地公约”中，把湿地定义为：不问其为自然或人工、长久或暂时之沼泽地、湿源泥炭地或水域地带：带有或静止或流动、或为淡水，半咸水或咸水水体者，包括低潮时水深不超过6cm的水域。它像天然的过滤器，有助于减缓水流的速度，当含毒物和杂质(农药、生活污水和工业排放物)的流水经过湿地时，流速减慢有利于毒物和杂质的沉淀和排除，一些湿地生物能有效地吸收水中的有毒物质，净化水质。

人工湿地是一种由人工建造和监督控制的，与沼泽地类似的地面。人工湿地是为处理污水而人为设计建造的，是20世纪70年代发展起来的新型废水处理工艺。它根据自然湿地生态系统中物理、化学、生化反应的协同作用来处理废水，一般由人工基质(一般碎石)和生长在其上的水生生物组成，是一个独特的土壤-微生物系统。

垂直流人工湿地，污水从湿地表面纵向流向填料床的底部，床体处于不饱和状态，氧可通过大气扩散和植物传输进入人工湿地系统，垂直流人工湿地的硝化能力高于水平潜流人工湿地，可用于处理氨氮含量较高的污水，其缺点是对有机物的去除能力不如水平潜流人工湿地系统，落干或淹水时间较长，控制相对复杂。

利用实验室现有材料，设计6个污水处理方案。统一添加污水，比较不同处理装置、不同处理措施对氮磷及COD的去除效果，最终得出最优污水处理装置。通过这个实验，增强对影响氮磷处理效果因素的了解，为污水处理研究贡献一份自己的力量。

1 实验设计

1.1 实验装置

本实验6个方案都是采用敞口塑料柱子，共24个柱子，每个柱子各有两个导水管(一上一下，上面的导水管搁置，在图中省略)，填料为自己设计装填，各组的填料及配比均不相同。装置见图1。

1.2 材料配比及污水配比情况

实验中各方案设计的填料材料及配比均不一样，即有6种不同的设计方案。各方案各有四个柱子，构成平行对照。实验所用的填料分别为：腐殖质、砾石、陶粒、细沙、粗沙、土、珍珠岩、火山岩、公分石等。具体配比见表1。

实验所处理的污水执行《GB 8978-1996污水综合排放标准》一级A标，TN:15mg/L；TP:0.5mg/L；COD:50mg/L；BOD5：50mg/L。具体添加情况、污水配方见表2。

1.3 污水测定方法计算公式

总氮的测定方法为碱性过硫酸钾紫外分光光度法，总磷的测定方法为钼酸铵分光光度法。其中流速则分别于9月14日、11月14日、11月21日按重量法测定；测定其5s、10s、30s、1min、2min和5min的流出的水的重量。

表1 各方案填料内容、高度及重量情况

表2 项目配比情况表

2 结果分析

2.1 流速、导水率的变化趋势

本次实验分别于9月14日、11月14日、11月21日测定流速，故分别有三个导水率，每个方案各取一个具代表性的柱子数据做对照。

从图2、图3、图4可知：整体来看，随着时间的推移，多数方案的流速、导水率、当量孔径均变小，但是幅度不太一样，导水率的变化幅度相对更大，流速次之，当量孔径的变化幅度相对最小。各组的具体变化幅度也不一样。单从流速来看，各个组的流速大致呈一条直线，都随着时间的推移呈下降趋势。若是结合填充物来看，方案1装置的填料中没有土壤或腐殖质，流速也都大于其他方案，说明方案1的处理量相对较大。其他土壤或腐殖质相对较多方案的装置流速都低于方案1，这也说明了流速受填料材料的影响。而大多数土壤或腐殖质相对较多组的设计装置刚开始运行时，土壤基质对水分的吸附和保持能力都还比较弱，但随着时间的推移，生物膜的生长，污水的停留时间变长，故流速也相应降低。综合来看，方案6的流速和当量孔径是最高的，导水率第二，总体来说，方案6的处理量是最大的。经与填料对照，方案6的填料是按照孔隙大小搭配的，即一大一小相互岔开；而且其生物膜长的也不错，既保证了处理量，又为污水处理的质量提供了保障。

图2 流速随时间推移的变化趋势

图3 导水率随时间推移的变化趋势图4 当量孔径随时间推移的变化趋势

2.2 TN、TP、COD的去除

从图5可以看出，浓度越低，处理效果越好。方案1的处理效果是最好的，达到了地表水环境质量标准的Ⅰ类水标准；方案5的处理效果也不错，达到了Ⅴ类水的标准；方案6的最差，其他方案都没有达到预期的处理效果。若是只考虑脱氮率，方案1相对来说是比较好的，流速又快，除氮率又高，但通过表4可知，其相关性不是很好。总体来说，所有方案的装置在除氮方面都有一定的效果，但是没达到预期的效果，说明装置还需进一步改进。

图5 各方案TN的处理后的浓度

表3 地表水环境质量标准基本项目标准限值(GB 3838-2002) (mg/L)

表4 COD、TN、TP相关性表 (mg/L)

从图6可以看出，方案5的装置在除磷方面是最好的，方案2、方案4次之，方案3紧随其后，方案6最差。从图7可以看出，方案6和方案4的 COD去除也是最好的，最终达到了地表水环境质量标准的Ⅳ类水标准；方案3、方案1次之，达到了Ⅴ类水标准；方案2最差。

图6 各方案TP的处理后的浓度图7 各方案COD的处理后的浓度

综合来看：方案6的实验装置TN、TP、COD处理效果最好，但是其流速、当量孔径、导水率方面不太理想。经与其填料结合来看，该组的填料总高度为25cm,单土和腐殖质的高度就为15cm，占了整整60%，而其处理效果也最好，对比其他组的腐殖质和土所占的比例，也跟其处理效果有关。方案6在总氮、总磷、COD方面的处理效果不是很好，但其处理量很大。方案1的流速快，导水率和当量孔径方面也不错，而且总氮处理效果很好，COD的处理也基本达标，但是总磷的处理效果就不是那么理想。其他组的处理效果和流速都居于中间水平，而且也没能达到理想效果。