■　胡润夏

（浙江达人环保科技股份有限公司浙江杭州310000）

一种介质复合型人工湿地在生活污水应用中的研究

■胡润夏

（浙江达人环保科技股份有限公司浙江杭州310000）

通过对一种介质复合型人工湿地在农村生活污水处理应用的研究，结果表明该人工湿地在水力停留时间为2d的运行条件下，对水中COD、TN、NH3-N、TP的去除率分别为75.09%、47.64%、91.03%、83.28%，高于土壤潜流型湿地的55.43%、45.02%、65.32%、79.13%。通过测定距湿地表面一定距离介质中水的溶解氧浓度，发现介质复合型人工湿地水体溶解氧浓度明显高于土壤潜流型湿地，介质复合型湿地能为湿地微生物降解污染物提供充足氧气。

生活污水人工湿地

1　引言

水是生命之源，人类生存之本。但随着工农业的发展、人口的增加，水的环境问题成为制约人类生存发展的重要问题[1]。经过多年的努力人们建立了许多高效稳定的污水处理方法。城市污水的处理往往采用纳管收集，集中通过活性污泥法处理。但该法建设成本、运行维护成本较高，不适用于城镇乡村。人工湿地是于上世纪七十年代兴起的一种污水处理工艺，出水效果好，对氮磷具有良好处理能力，运行维护管理方便且费用低，适合管理水平较低，水量及水质变化不大的乡村，其原理主要是利用湿地中植物、微生物和基质填料之间的物理、化学和生物作用达到水质净化的目的[2]。

我国人工湿地研究起步较晚，应用较少，水力负荷大、去污效果好的并不常见[3]。基质填料作为湿地的核心被广泛研究，湿地的基质填料由以往的土壤逐渐被砂石或混合填料代替。通过基质填料的改进大大提高了人工湿地对污染物的去除效率，特别是水有机物和氨氮的去除[4]。本文主要介绍一种介质复合型人工湿地在农村生活污水处理中的应用，来说明介质复合型湿地的作用机理及其在湿地工艺中的优越性。

2　实验部分

2.1实验装置

实验中选用的介质复合型湿地，湿地主体由植物、介质、防渗膜构成(如图1所示)。湿地植物为黄菖蒲、绿叶美人蕉，每平米湿地上种有1株绿叶美人蕉、4株黄菖蒲。湿地介质层分五层，每层厚度0.2m，从上而下第一层由40%粗石+60%细石组成，第二层由10%粗石+50%细石+40%沙子组成，第三层由10%粗石+20%细石+70%沙子组成，第四层由10%粗石+30%细石+60%沙子组成，第五层由50%粗石+50%细石组成。介质复合型湿地配有一个沉淀池，污水经16小时沉淀后通过污水提升泵将污水提升至湿地。

图1　湿地结构图

实验中选用的对照土壤潜流型湿地，湿地主体由植物、土壤、防渗膜构成。湿地植物种植种类和种植密度同上介质复合型湿地。土壤潜流型湿地也配有一个沉淀池，污水经16小时沉淀后通过污水提升泵将污水提升至湿地。

2.2试验用水

试验用水为实际农村生活污水，采集100个人工湿地进水，具体水质如表1所示。

表1　湿地进水水质表

2.3试验的运行

介质复合型人工湿地建成后，种植植物，运行1个月等植物根系生长一段时间后进行出水取样检测。污水在湿地中水力停留时间2d，湿地水力负荷为1m3/(m2·d）。

2.4检测项目与方法

湿地进出水水质检测项目有COD、NH3-N、TN、TP四项指标，分别采用重铬酸钾法、纳氏试剂分光光度法、碱性过硫酸钾消解紫外分光光度法、钼锑抗分光光度法[5]。

3　结果与讨论

3.1不同类型人工湿地对污染物去除

图2　农村生活污水各项指标去除

如图2所示，介质复合型湿地和土壤潜流型湿地都对农村生活污水中污染物有一定去除效果。介质复合型湿地对COD的去除率约为75%，高于土壤潜流型湿地的55%；两种湿地对TN去除率效果相近；介质复合型湿地对NH3-N去除率高达91%，高于土壤潜流型湿地的65%；两种湿地对TP去除率效果相近。介质复合型湿地出水水质接近《城镇污水处理厂污染物排放标准》GB18918-2002一级A标准，优于土壤潜流型湿地出水。

3.2不同湿地溶解氧情况

介质复合型人工湿地对COD、NH3-N有较好的去除效果，优于土壤潜流型湿地。COD、NH3-N的去除一般需要氧气，而在湿地系统中TP的去除主要依靠植物吸收和湿地中溶解氧浓度关系不大，故通过测定不同种类湿地垂直向下（h为距湿地表面距离）溶解氧含量来研究复合型人工湿地污染物去除效率高的原因。

图3　不同湿地氧气分布

不同湿地情况溶解氧如图3所示，介质复合型湿地无论有无植物湿地中溶解氧浓度均远高于土壤潜流型湿地。介质复合型湿地在有、无植物情况下，湿地中溶解氧浓度相差不大，而土壤潜流型湿地在有植物情况下，湿地中溶解氧浓度明显高于无植物情况。经典的“根区法理论”认为湿地中氧气除水体溶氧外主要依靠植物根系将氧气由地面输送至湿地内部，为好氧微生物提供活动所需氧气[6-7]。综上可知：（1）土壤潜流型湿地主要依靠植物将空气中氧气输送至湿地内部；（2）介质复合型湿地中植物输送氧气只占湿地中氧气量的小部分；（3）介质复合型湿地中复合型介质有利于空气中氧气进入湿地内部。

3.3人工湿地对污染物去除机制

传统人工湿地去除水中污染物，不溶性污染物通过湿地填充层过滤，不溶物被湿地中微小生物分解利用。可溶性污染物物通过湿地中微生物降解或生物膜的吸附，如COD的去除主要通过湿地中微生物将其分解成CO2和H2O；NH3-N的去除依靠植物根系附近硝化细菌，硝化细菌将NH3-N转化为NO2-和NO3-，植物根系的供氧情况决定硝化细菌活性，根部供氧充足NH3-N去除效率就高；TN的去除依靠湿地中的厌氧反硝化细菌，反硝化细菌分布在湿地中氧气含量较低的地方，反硝化细菌将NO2-和NO3-转化为N2 和N2O从湿地中逸出；TP的去除主要依靠湿地植物的吸收，变成植物的ATP、DNA及RNA等有机物，最后通过植物的收割完全去除，还有部分TP通过湿地中微生物吸收积累，但这部分TP会有部分又随着微生物的代谢重新回到水体[8]。

介质复合型湿地由于湿地基质主体与传统人工湿地不一样，因此介质复合型湿地对污染物去除机制和传统湿地存在差别。首先，介质复合型湿地介质能为微生物的生长提供载体，利于具有污染物去除能力的生物膜形成；其次，介质复合型湿地中介质往往含有Ca2+能与湿地中PO43-反应沉淀吸附，一定程度上提高TP的去除；第三，由于复合介质的存在介质复合型湿地水的渗透性能优于传统湿地，能承受相对较高的水力负荷而不会造成湿地表面集水堵塞；第四，介质复合型湿地中氧气含量远高于传统湿地，湿地整体好氧细菌分布不会主要只分布植物根系附近，故介质复合型湿地有机物和NH3-N去除较传统湿地都有较大程度提升，即介质复合型湿地能承受更高的污染物负荷。

4　结论

人工湿地作为一种经济有效的生活污水处理手段受到国内外广泛应用，湿地性能的提升就更加重要，介质复合型湿地作为一种新型人工湿地被研究、应用。介质复合型湿地相对于传统湿地在水利负荷、污染浓度负荷都有提升，主要因为介质复合型湿地新颖的介质主体构成能提高水的渗透性能和湿地中氧气浓度，因此复合介质型湿地在未来人工湿地应用中具有一定的优越性。

[1]梁继东,周启星,孙铁珩.人工湿地污水处理系统研究及性能改进分析[J].生态学杂志,2003,2:49-55.

[2]吴振斌,陈辉蓉,贺锋,等.人工湿地系统对污水磷的净化效果[J].水生生物学报,2001,1(1):28-35.

[3]刘超翔,胡洪营.人工复合生态床处理低浓度农村污水[J].中国给水排水, 2002,18:1-4.

[4]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,S1:73-76.

[5]国家环保局.水和废水监测分析方法[M].中国环境科学出版社,1997.

[6]Stottmeister U,Wie?ner A,Kuschk P,et al.Effects of plants and microorganisms in constructed wetlands for wastewater treatment[J].Biotechnology Advances,2003,22(1-2):93-117.

[7]Sorrell B K,Armstrong W.On the Difficulties of Measuring Oxygen Release by Root Systems of Wetland Plants[J].Journal of Ecology,1994,82 (1):177-183.

[8]吴晓磊.人工湿地废水处理机理[J].环境科学,1995,3:83-86.

X324[文献码]B

1000-405X（2016）-3-363-1