农村生活污水中氮磷在不同类型人工湿地中的沿程去除效果分析

2017-09-15葛俊臧振亚潘洋

资源节约与环保 2017年7期

关键词：潜流氨氮去除率

葛俊臧振亚潘洋

（1.上海禾元环保集团有限公司上海2012042.合肥市市政设计研究总院有限公司安徽合肥230000 3.安徽省交通航务工程有限公司安徽合肥230000）

农村生活污水中氮磷在不同类型人工湿地中的沿程去除效果分析

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（1.上海禾元环保集团有限公司上海2012042.合肥市市政设计研究总院有限公司安徽合肥230000 3.安徽省交通航务工程有限公司安徽合肥230000）

本研究利用小型人工湿地系统处理农村生活污水，探讨氨氮和磷酸盐在不同类型人工湿地内的去除效果。实验结果显示，污水进入表流湿地后，前0.4d内，氨氮去除率约10%，后续的去除效果开始趋于平缓，离开表流湿地时，总相对去除率只有15%。进入潜流湿地后，氨氮的去除效果快速上升，离开潜流湿地时，氨氮的总累计去除率约47%。磷酸盐在初进入表流湿地时，去除率不升反降，在系统后段才开始有明显的去除效果，总计约15%的磷酸盐在表流湿地中被去除；进入潜流湿地后，去除效果明显提高，最后累计约有60%的磷酸盐被去除。

人工湿地；农村生活污水；生态治理

1 引言

人工湿地是一种以人为方式操纵及控制湿地系统环境的绿色环保技术，其净化水质的机制主要包括过滤、吸附、沉淀及生物降解等[1]。农村生活污水污染负荷较低，水量不稳定，如采用传统处理工艺，污水厂建设及运行成本较高[2]。人工湿地系统具有较高的抗冲击负荷能力，在实际运行过程中，水量不稳定不仅不会增加人员和能源上的费用，而且适当的流量落差反而可增加人工湿地对营养盐的去除效果[3]。同时，农村地区土地资源丰富，占地面积不会成为人工湿地建设的主要限制因素，对人工湿地占地进行合理规划，还可增加一定的景观、休闲功能[4]。本研究通过在皖南山区农村采用人工湿地系统进行农村生活污水试验研究，主要探讨污水中氨氮（NH3-N）及磷酸盐（PO4-P）在不同类型湿地系统及沿程不同停留时间点的去除效果，进而指导人工湿地的实际应用与推广。

2 材料与方法

2.1 试验设施

本人工湿地系统以皖南山区某农村排放的生活污水作为试验对象。人工湿地系统（图1）为一长方体，由混凝土及不锈钢板组成，长、宽、高分别为5m、3m和0.6m。该人工湿地系统包括表流湿地（Surface Flow Wetland，SFW）和潜流湿地（Su3surface Flow Wetland，SSFW），两种类型人工湿地串联而成，后面接一景观生态池。在表流湿地和潜流湿地中，分别用不锈钢板分隔成50cm宽的水道，一方面减少短流现象，另一方面使得湿地系统更接近于推流式反应器。表流湿地水深0.26m，底部覆盖20cm厚的泥土，上方种植香蒲；而潜流湿地水深0.46m，底部中放置砾石（平均粒径为2cm，孔隙率为50%），上方种植芦苇；系统后方的生态池放植景观睡莲。

2.2 试验条件及进水水质

人工湿地系统启动期持续一个月，主要进行湿地植物培育和生物膜生长，一个月后开始进行主要试验研究，进水量稳定在7.8m3/d左右，试验期为2015年3月—2015年10月，共持续8个月。试验用水通过提升泵自排水沟抽取污水进入储水池进行初步沉淀，然后由储水池进入湿地系统。由于排水沟内的生活污水混合了一定量地下水，其水质较正常生活污水偏低，具体水质指标见下表1。

表1 人工湿地系统进水水质

2.3 采样与分析

图1 人工湿地系统图

人工湿地系统共设7个采样点，其中，采样点T1至T4位于SFW系统中，采样点p1至P3位于SSFW系统中。人工湿地系统稳定后开始进行水样采集与监测，采样频率为每周一次，本研究主要对NH3-N和PO4-P进行分析讨论。

3 结果与讨论

3.1 NH3-N的去除效果

图2为人工湿地中NH3-N平均进出水浓度的相对比较，相互之间存在一定的线性关系，其相关性为0.587。虽然存在少部分时间段内处理效果不佳，但整体而言人工湿地对NH3-N具有一定的去除效果，平均出水浓度为4.86mg/L。图3为NH3-N在各单元中的去除率比较，由图3可知，污水在进入SFW系统后的前0.4d，NH3-N的处理效果较好，去除率约10%，在接下来的1d内，NH3-N去除效果开始趋于平缓，污水离开SFW系统时的NH3-N相对去除率只有约15%。污水进入SSFW系统后，NH3-N的去除效果明显上升，NH3-N在SSFW系统中相对去除率约36%，最终污水离开人工湿地时累计共有约47%的NH3-N去除率。通过NH3-N在湿地内沿程各取样点的去除率分析，SSFW系统对于NH3-N的去除效果优于SFW系统，主要是由于湿地植物体死亡后，残骸进入SFW系统，并释放出营养盐，造成SFW系统中的NH3-N浓度升高，而SSFW系统中由于有砾石层的阻隔，植物残骸很难进入系统内。Jos T.A.Verhoeven[4]对人工湿地的研究表明，人工湿地对NH3-N的去除率最低只有10～15%，而经过植物收割或利用湿地内水位的落差等其他方法，可以将处理效果提升到30%～40%左右。本试验中NH3-N去除率也与其研究结果接近。

图2 NH3-N进出水浓度相对比较

图3 NH3-N在各系统中的去除率

3.2 PO4-P的去除效果

图4为人工湿地中PO4-P平均进出水浓度的相对比较，相互之间相关性较差。图5为PO4-P在各单元中的去除率比较，由图5可知，污水在初进入SFW系统的前0.7d内，SFW系统内的PO4-P浓度反而高于进水浓度，PO4-P去除率出现负值的现象，经分析，可能的原因为：在试验期间，湿地前段污水浓度高，超出部分湿地植物的耐受范围而出现枯死的现象，原先被植物体所吸收的PO4-P随着植物体的死亡而重新释放回水体内。污水在进入SFW系统约0.7d后才开始对污水中的PO4-P有去除作用，当污水流出SFW系统时，PO4-P的去除率只有约7%。污水中PO4-P的去除主要发生在SSFW系统内，在SSFW系统内的前0.3d，PO4-P的去除率提升较快，之后开始稍微下降，约在进入SSFW系统0.6d后又开始快速回升，最后，PO4-P在SSF系统内的相对去除率约为58%。污水经过SFW和SSFW系统累计停留时间约2.2d，PO4-P在整个人工湿地内的总去除率约60%，出水中PO4-P平均浓度为0.496mg/L。