高 锋，李 晨

（浙江海洋学院海洋科学与技术学院，浙江舟山 316022）

随着我国沿海地区经济规模的不断发展和人口的不断增长，很多地方正面临日益严峻的水资源短缺形势。以海水替代淡水用于工业冷却用水、市政冲洗用水等可极大的节约沿海地区的淡水使用量，从而缓解水资源紧张的矛盾，被人们寄予了厚望。而推广海水直接利用所要解决的关键问题之一是海水利用后产生废水的后处理技术。目前关于这方面的研究大都集中于活性污泥处理工艺，较多研究结果表明，污水含盐量在一定浓度以下不会对生物处理效率产生影响，而超过一定浓度的盐含量及盐浓度的变化对生物处理有较为明显的抑制作用[1－3]。研究结果表明生物处理NaCl质量浓度为＜20 g/L的生活污水是可行的，当NaCl质量浓度＞25 g/L时处理效果恶化。可见采用传统活性污泥法处理海水利用废水具有一定局限性，尤其在海水利用后废水无法汇入城市污水管网而盐度得不到有效稀释的情况下，活性污泥法难以完成海水利用废水的处理。因此，寻求具有较高耐盐性和处理效率的污水处理方法对于海水直接利用技术的推广具有重要的意义。

人工湿地污水处理技术是20世纪70年代末发展起来的一种污水处理新技术，不但可以去除污染物，还可以促进污水中营养物质的循环和再利用，同时还能绿化土地，改善区域气候，促进生态环境的良性循环[4－10]。而且人工湿地对污染物的去处途径综合了植物吸收、微生物代谢、基质吸附反应等多种途径，对有机物、氮、磷等多种污染物均表现出较好的去除效果，因而具有极为广泛的适用性，目前已成功应用于市政污水、养殖污水、水产加工废水等多种污水的处理[7－12]。然而，要将人工湿地工艺应用于含海水污水的处理则还有多方面的问题需要解决，包括一定盐度条件下人工湿地系统的运行特征、系统对有机物及氮磷的去除能力等。本实验围绕上述问题展开研究，为含海水污水的高效生物处理进行一种新的尝试。

1 材料与方法

1．1 实验装置和废水水样

实验所用人工湿地装置为小型实验级模拟装置，结构如图1所示。实验装置长为0．84 m（其中进水区0．15 m，处理区 0．59 m，出水区 0．1 m），宽 0．65 m，深 0．32 m。在进水区和出水区填充的填料为砾石，处理区填充的填料为混合有少量细沙的土壤，以满足植物生长的需要。湿地植物选择红树林中最能够耐寒的植物秋茄，采自于浙江乐清市西门岛红树林保护区，栽种密度为12株/m2。

本实验所用含盐城市污水由海水与城市污水按不同比例混合配制而成，其中所用海水采集于舟山定海沿海水域，其盐度为26%～30%，污水采集于舟山市定海污水处理厂污水入口处，其水质指标见表1。

图1 实验装置Fig．1 Schematic representation of the constructed wetland unit

表1 废水水质/mg·L－1Tab．1 Characteristics of the raw wastewater．Values are in mg/L except the pH

1．2 实验方法

实验共设置3个如图1所示的人工湿地实验装置，分别对应处理含海水比例为10%、30%和50%的污水，实验过程中进水采用间歇操作方式进行，每天运行10 h，进水负荷为0．1 m3/（m2·d），定期对进出水水质进行分析测定。实验中水质指标的测定均按标准方法进行[13]。

2 结果与讨论

2.1 反应装置启动及其处理效果

实验装置启动及稳定运行阶段，红树林人工湿地对含不同海水比例的污水中及COD的处理效果如图2所示。从图2中数据可知，实验开始阶段，人工湿地对各种污染物的处理效果均较差，随着反应的进行，人工湿地基质床中的微生物逐渐适应了含盐污水环境，处理效率不断上升，对于的去除，需10 d左右的时间完成反应装置的驯化和启动，而对于COD的去除，反应装置的启动时间则相应较长，约25 d后反应装置对COD的去除才能达到较为理想的状态，反映出人工湿地基质层中降解有机物的微生物相对于脱氮除磷细菌需要更长的时间完成对含盐废水的适应和驯化。

另外，从图2可知，污水所含盐度不一样其处理效果也有一定的差别，当污水中所含海水的比例为10%时，其反应器所需的驯化时间较短，稳定运行阶段其对有机物及氮磷的处理效果也较为理想，从图2可知，在稳定运行阶段，其对及COD的去除率分别达到71.6%～79.8%、75.5%～89.6%、82.7%～97.4%及66.6%～85.3%。当所处理污水中海水比例提高为30%时，启动阶段反应装置的处理效果明显低于其对含10%海水污水的处理效果。但经过一段时间运行后，最终也能够达到较为理想的处理效果，其对及COD的去除率略低于反应装置对含10%海水污水的处理效果。当所处理污水中海水比例提高为50%时，除TP外，反应装置对污染物的去除效果明显低于其对含10%和30%海水污水的处理效果。特别是对COD的处理效果表现得尤为明显，经过长时驯化，人工湿地实验装置对含50%海水污水中COD的去除率只能够达到40%左右，远远低于其对含10%和30%海水污水COD去除率80%左右的水平。分析其原因，人工湿地去除有机物完全依赖于填料层基质中微生物的作用，而盐度对微生物有较为明显的抑制作用，当污水中盐度上升到一定水平时，微生物由于无法适应其生长代谢能力必然受到抑制，从而使反应装置的处理效率下降。而人工湿地对氮素污染物的处理机制除了基质层中的微生物作用以外，还包括基质上所生长的植物的吸收作用，所以，反映出来，在人工湿地中盐度对氮素污染去除的影响相对较小。另外，对于TP的去除，人工湿地除磷的机理主要在于填料层基质对磷酸盐的吸附、吸收作用，污水中的磷主要以磷酸盐的形式存在，在人工湿地处理过程中，污水中的磷酸盐与填料中的Ca2+、Mg2+等离子发生多种形式的反应，被固定在填料层中，而从污水中去除。这可以较好的解释本实验中盐度几乎不对TP的处理效果带来影响的现象。

2.2 进水负荷对处理效果的影响

在进水海水比例为30%情况下，改变进水COD浓度，研究进水有机负荷对耐盐人工湿地处理效果的影响，结果如图3所示。

从图3中可知，在较低的进水COD浓度情况下，人工湿地对含盐废水的去除率随着进水COD负荷的上升而上升，表明在较低的进水COD浓度情况下，提高进水浓度能获得较高的去除率。近一步增大进水浓度，当进水COD负荷在12.6～18.9 g/（m2·d）范围内时，人工湿地对COD的去除率稳定在70%左右。进一步增大进水COD浓度，当进水COD负荷在18.9 g/（m2·d）以上时，人工湿地对COD的去除率随着进水COD负荷的增大而下降，表明此时过高的进水负荷超过了人工湿地微生物的降解能力，从而使其对有机物的处理能力下降。综上可知，在进水海水比例为30%情况下，进水COD负荷维持在12.6～18.9 g/（m2·d）范围内，可使人工湿地达到较高的运行效率。

图2 红树林人工湿地对含不同海水比例废水的净化效果Fig.2 Evolution of the reduction of NH4+-N,COD,TN and TP in the three constructed mangrove wetland over the 35 days test period

图3 不同进水COD负荷下人工湿地对COD的去除率Fig.3 COD loading and removal rate of constructed wetland

3 结论

（1）红树林人工湿地对含海水污水具有较好的处理效果，当污水中海水比例在30%以下时，其对NH4+-N、TN、TP及COD都能取得较好的处理效果，去除率分别达到71.6%～79.8%、75.5%～89.6%、82.7%～97.4%及66.6%～85.3%。当海水比例为50%时，人工湿地红树林对COD的去除率下降至40%左右。

（2）在进水海水比例为30%情况下，进水COD负荷维持在12.6～18.9 g/（m2·d）范围内，可使红树林人工湿地达到较高的运行效率，其对对COD的去除率稳定在70%左右。

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