污水厂尾水的人工湿地处理工艺及植物筛选_陈浩

关键词 潜流人工湿地 污水厂尾水 土著植物 植物筛选
中图分类号： X7 2014） 01-0050-04
Screening of Plants and Technological Process of Tail Water Treatment in Constructed Wetland for Sewage Plant Effluent
项
目
COD / （ mg·L － 1 ）
NH3 -N / （ mg·L － 1 ）
TN / （ mg·L － 1 ）
TP / （ mg·L － 1 ）
浓度范围 平均值
48 ～ 67 56
4． 4 ～ 7． 5 6． 5 ～ 12． 7 0． 52 ～ 0． 59
6． 4
10． 3
0． 56
1． 2 工艺参数及运行条件
潜流人工湿地对 NH3 -N 的去除主要通过硝化 作用，植物的吸收以及挥发作用。湿地进水 NH3 -N 浓度分别为 6． 22、6． 53 和 7． 42 mg / L，如图 3 所示。 HＲT 为 9 d 时，在一个 HＲT 内，浓度稳步降低，在第 三次取样后，出水 NH3 -N 浓度趋于稳定，出水平均 浓度为 0． 28 mg / L，平均去除率为 95． 5 % 。HＲT 为 6 d 时的出水稳定时的平均浓度为 0． 36 mg / L，平均 去除率为 94． 5 % 。HＲT 为 3 d 时，在第一次取样时 出水浓度就急剧下降，说明该潜流人工湿地在日平 均最高气温为 31． 6 ℃ 的条件下，去除含氨氮废水的 HＲT 可大幅缩减。在 3 次取样后，出水平均浓度为 0． 05 mg / L，平均去除率为 99． 3 % 。可见，该潜流人 工湿地对 NH3 -N 的去除率，均达到 90 % 以上，说明 湿地内生物活性高，硝化反应进行顺利。三种条件 下出水 NH3 -N 浓度均达到了《地表水环境质量标 准》（ GB 3838—2002） 的Ⅱ类标准。然而 HＲT 越长 去除率却越低，说明 HＲT 的延长不如温度的升高对 潜流湿地氨氮的去除率的影响大。
潜流人工湿地试验装置由 20 mm 厚的有机玻 璃制成，其规格为 1． 0 m × 0． 3 m × 0． 7 m（ 长 × 宽 × 高） 。填料填充高度为 0． 6 m。布水和出水区由粒 径 10 ～ 30 mm 砾石填充，宽度为 0． 1 m。所用土壤 为当地地 表 以 下 400 ～ 800 mm 的 黄 棕 壤，种 植 密 度 121 株 /m2。为解决纯土壤的渗透系数小的问 题，在土 壤 中 掺 入 少 量 河 沙 和 砾 石。装 置 如 图 1 所示。
选能较好吸收氮磷的植物具有重要意义。移植 生长于自 然 水 体、岸 坡 的 水 生 植 物，用 污 水 厂 排 水口下游 50 m 处 河 水 进 行 培 养，研 究 并 确 定 对 氮磷吸收效果较好 的 品 种，可 为 实 际 工 程 应 用 提 供参考。
目前，潜流人工湿地基质的传统填料一般是卵 石、砂、沸石、煤渣、钢渣等材料，分层或分区填入湿 地系统中。虽然 相 对 于 其 他 深 度 处 理 工 艺 有 投 资 少、处理与管理成本低等特点，但仍存在填料购买、 运输以及定期更换的难题，而土壤的来源则更为广 泛和便宜，微生物种类和数量也更多。所以本文以 土壤作为水平潜流人工湿地的填料，处理污水处理 厂尾水，并研究其处理效果。
图 1 潜流人工湿地装置 Fig． 1 Constructed Wetland System
在装置启动后的 40 d 里，日平均最高气温 7． 6 ℃ ，为 保持稳定的去除率，HＲT 定为 9 d。而后到 2013 年 的 3 月份和 5 月份，温度逐渐升高，HＲT 分别定为 6 和 3 d，期间的日平均最高气温为 18． 4 ～ 31． 6 ℃ 。
装置启动时间为 2012 年 11 月，首先利用恒流 泵以一定的转速向装置进水，根据从开始进水到水 从出水口溢流出来的时间，计算得出装置有效容积 为 36 L，孔隙度为 0． 29。
由于温度直接影响微生物的代谢速度以及其他 化学反应速度，所以温度越低，潜流湿地去除污水中 污染物的能力肯定就越低。在装置其他条件不变的 情况下，外界温度低时，若要保证稳定的去除率，就 需加大水力停留时间（ HＲT） ，而温度较高时，也可 以在不影响去除率的情况下，减少 HＲT 来提高水力 负荷。
1． 3 分析方法
COD： 重铬酸钾法； NH3 -N： 纳氏试剂分光光度 法； TN： 碱性过硫酸钾消解一紫外分光光度法； TP： 过硫酸钾消解一钼锑抗分光光度法。
2 试验结果与讨论
2． 1 潜流湿地处理效果
2． 1． 1 COD 的去除 利用哈希公司的 DＲ2800 水质分析仪，对所取
的重铬酸钾法消解后的水样进行测定，其结果如图 2 所示。
图 3 出水 NH3 -N 的浓度变化 Fig． 3 Variation of Effluent NH3 -N Concentration
所以，装置启动后，根据空气温度由低到高，采 用控制恒流泵转速来控制 HＲT 分别为 9、6 和 3 d， 其对应的流量分别为 4、6 和 9 L / d，而其对应的水力 负荷分别为 0． 016 7、0． 025 和 0． 0375 m3 / m2 · d。
图 2 潜流湿地出水 CODCr 的浓度变化 Fig． 2 Variation of Effluent CODCr Concentration
摘 要 利用土壤作为水平潜流人工湿地的填料，处理某生活污水处理厂的尾水。结果表明该潜流湿地对 COD、NH3 -N、TN 和 TP 有很好的去除效果，其平均去除率分别达到 78． 7 % 、99． 3 % 、67． 2 % 和 96． 4 % 。移植土著植物，通过试验筛选出对 N
去除效果比较好的品种为菖蒲、马兰和石菖蒲，对 P 去除效果比较好的三种植物为马兰、萱草和菖蒲。
装置启动时，先把要处理的污水灌入潜流湿地 中，至出水高度后，开启恒流泵，根据 HＲT 计算出的 转速设定运行。然后每隔 1 /3 HＲT 取样一次，测定 各指标。
植物吸收氮磷试验开始时间为 2013 年 4 月，采 植当地水生植物 10 种，分别为袖珍竹、白掌、菖蒲、 石菖蒲、麦冬、马兰、水芹、灯心草、黄花鸢尾和萱草。 洗净根部 土 壤，称 量 湿 重，编 号 后 分 别 放 入 规 格 为 15 L 的 PVC 水桶，用污水厂排水口下游 50 m 处河 水进行培养，按照每克植物的湿重 30 mL 水向桶中 加水，每两天定时取样测定 TN、TP，总共 30 d。
植物是 潜 流 人 工 湿 地 的 重 要 组 成 部 分［6］，筛
［收稿日期］ 2013 -09 -18 ［基金项目］ 国家水体污染控制与治理科技重大专项（ 2012ZX07205-
002） ［作者简介］ 陈浩（ 1989— ） ，男，硕士研究生，研究方向为水污染
控制 技 术。电 话： 15956921588； E-mail： chenhaosos @ 163． com。
— 51 —
陈 浩，崔康平，许为义，等． 污水厂尾水的人工湿地处理工艺及植物筛选
Vol． 33，No． 1，2014
平均去除率为 78． 1 % ； HＲT 为 3 d 时的出水平均浓 度为 10． 4 mg / L，平均去除率为 78． 7 % 。对比表明， HＲT 长的反而去除率较低，说明温度对 COD 去除率 的影响较大。三种条件下出水 CODCr 均达到了《地 表水环境质量标准》（ GB 3838—2002） 的Ⅲ类标准， HＲT 为 6 和 3 d 的出水甚至达到了Ⅱ类。 2． 1． 2 NH3 -N 的去除
系统进水 CODCr分别为 52． 1、52． 0 和 48． 9 mg / L。 在一个 HＲT 内，浓度持续降低，在第三次取样后，即 达到一个完整 HＲT 之后，出水 CODCr 趋于稳定，HＲT 为 9 d 时的出水平均浓度为 17． 2 mg / L，平均去除率 为 67 % ； HＲT 为 6 d 时的出水平均浓度为 11． 4 mg / L，
陈 浩，崔康平，许为义，等． 净水技术 2014，33（ 1） ： 50 53 污水厂尾水的人工湿地处理工艺及植物筛选 Water PVuorilf．ic3a3t，ioNno．T1e，c2h0n1ol4ogy
污水厂尾水的人工湿地处理工艺及植物筛选
陈 浩，崔康平，许为义，洪天求
（ 合肥工业大学资源与环境工程学院，安徽合肥 230009）
Chen Hao，Cui Kangping，Xu Weiyi，Hong Tianqiu （ School of Ｒesources and Environmental Engineering，Hefei University of Technology，Hefei 230009，China）
Abstract Using soil as horizontal subsurface flow constructed wetland fillers，tail water of sewage plant effluent was treated． The results show that the wetland has a good removal effect on COD，NH3 -N，TN and TP，the average removal rates are 78． 7 % ，99． 3 % ， 67． 2 % and 96． 4 % ，respectively． Through experiments of transplanting indigenous plants，three species are screened． Acorus calamus L，Kalimeris indica L，Acorus tatarinowii have good removal effect on nitrogen，and Kalimeris indica L，Hemero callisfulva L， Acorus calamus L have good removal effect on phosphorus． Keywords subsurface flow constructed wetland tail water of sewage plant effluent indigenous plant screening of plant