潜流人工湿地对雁鸣湖水质净化效果的实验研究

摘 要： 潜流型人工湿地有机污染物有较强的降解能力。污水中的有机物通过物理、化学、生物作用，很快地被分解去除。本文通过实验，分析潜流人工湿地对雁鸣湖的水质净化效果，论证潜流湿地在灞生态区推广应用的可行性，并提出相关实施建议。

关键词： 潜流型人工湿地； 雁鸣湖； 水质净化

中图分类号： X703 文献标识码： A 文章编号： 1009-8631（2010）08-0129-02

前言

经检测，目前雁鸣湖2号湖水质已受到污染，为恢复水体功能，拟采取措施对水质进行净化。

潜流型人工湿地系统是一种污水在湿地床的表面下流动，利用填料表面生长的生物膜、植物根系及表层土和填料的截留作用净化污水的水质净化系统。这项技术适合我国国情，尤其适合广大农村，中小城市的污水处理[1]。

近年来潜流型人工湿地在我国发展迅速，用于废水处理的工程实例在南方地区较多。在北方地区尤其是西北地区，潜流型人工湿地的推广速度仍然较慢，本次研究的主要目的是考察人工湿地在我国西北（西安）地区的应用可行性,重点考察其对受轻度污染的雁鸣湖2号湖中COD、TN、氨氮、TP的处理去除效果，并着重探讨季节变化对处理效果的影响[2]，以期为潜流型人工湿地在西北地区推广应用提供参考依据。

一、项目概况与工艺设计

（一）项目概况

雁鸣湖位于河下游，由5个湖泊串联而成，自上游而下依次为5～1号湖。从河引水进入5号湖，再由1号湖出水口流入河，属于河道外湖泊湿地，水域面积20.6ha，平均水深1.20m，湖体容积259.35m3。

雁鸣湖的污染物主要为氨氮、石油类、总氮、总磷等，来自上游及湖西的面源污染以及部分点源污染。面源污染主要为：一是雁鸣湖西侧黄土塬上的村庄。二是在雁鸣湖水西岸沿线露天堆放的生活垃圾；点源污染主要为周边农家乐排入雁鸣湖的生活污水。

课题组于2010年5月在雁鸣湖2号湖西侧建立了一座潜流型人工湿地进行实验研究。

（二）设计参数及运行工况

1. 设计参数

在人工湿地污水处理系统中，水力停留时间、表面负荷率、系统的有效面积、系统单元长宽比以及系统深度是设计的关键。通过参考一些资料[3]，按照10m3/d的水量，确定湿地的停留时间为2天，填料选择砾石，粒径为5mm，孔隙度为40%，选择湿地深度为0.6m，出水高度0.55m。通过计算得出所需湿地的面积为100m2，长度为17 m，宽为5.4m，潜流砾石床长宽比取3.5：1，湿地坡度为1%。湿地植物选取香蒲，种植间距为15cm×10cm。

2. 运行工况

实验采用连续进水的运行方式，运行时间为2007年6月～2008年6月。水样采集按照国家环保总局所编《水和废水监测分析方法》（第四版）的具体操作规范完成，采样频率为每2d进行1次，对于进出水的水质分析数据采用取平均值及标准偏差等方法进行统计。进水流量为10m3/d，水力停留时间为2d。湖水从进水口进入人工湿地，经湿地处理后从出水口流出。实验期间气温：冬季最低温度-7℃，夏季最高气温37℃。

（三）进水水质

进水水质如表1所示。

（四）分析方法

水质监测项目及测定方法如表2所示：

二、结果与讨论

（一）潜流型人工湿地系统对有机物(COD)的脱除效果

潜流型人工湿地的显著特点之一就是其对有机污染物(COD)有较强的降解能力。污水中的不溶有机物通过湿地的沉积、过滤作用，可以很快地被截留而被微生物利用；污水中的可溶性有机物则可通过植物根系生物膜的吸附、咀收及生物代谢过程而桩分解去除。本次实验结果表明COD平均去除率达到了67.7%，出水COD为10.0mg/L～16.8mg/L。不同季节的进出水COD值见图1。从图中可以看出，进水浓度和温度对出水COD值影响不大。出水COD值保持在17mg/L以下，好于《地表水环境质量标准》(GB 3838-2002)Ⅲ类水质标准的20mg/L。

（二）潜流型人工湿地系统对总磷(TP)的脱除效果

潜流型人工湿地对TP的去除作用包括吸收、化学沉积、植物和藻类吸收、微生物作用等，其中基质吸附起主要作用[4]。不同季节TP的去除结果见图2。比较人工湿地在不同季节对TP的脱除效果可以看出,冬季和春季人工湿地对TP脱除率有所下降，夏季人工湿地对TP去除率达到了68%，在冬季只有55%，主要原因是冬季进水TP浓度低。考察人工湿地出水TP指标，夏季、冬季分别为0.04和0.02mg・L-1，说明季节对TP的去除影响并不显著；人工湿地出水中TP的浓度好于《地表水环境质量标准》(GB3838-2002)Ⅲ类标准的0.05mg/L。

（三）人工湿地对污水中总氮(TN)的脱除效果

进入湿地系统中的氮可以通过湿地排水、挥发、植物吸收、微生物作用（硝化/反硝化）以及介质吸附等过程实现，微生物的硝化、反硝化作用是湿地去除总氮的最主要方式。经氨化作用、硝化作用及反硝化作用,水体中的氮转变为气态氮(N2)逸出，从而达到脱氮的目的。雁鸣湖水质呈弱碱性，pH值平均在8.4左右，有利于微生物脱氮。TN的去除结果见图3，夏季和冬季TN平均去除率分别为67.6%和58.8%，出水浓度分别为：2.3和1.4mg・L-1，分析原因是夏季进水浓度较高，人工湿地对TN的去除率相应增加，而出水TN浓度保持相对稳定，受温度波动影响不大。

（四）人工湿地对污水中氨氮的脱除效果

人工湿地对污水中氨氮的去除效果由氨化作用和硝化作用共同决定。夏季、冬季氨氮均去除率分别为53%和34%，出水水质分别为:0.4和0.3mg・L-1(图4)；夏季进水氨氮浓度较高为0.81mg・L-1，人工湿地对氨氮的去除率也相应增加，而出水氨氮浓度保持相对稳定，说明人工湿地出水水质受温度影响不大。经人工湿地处理后出水氨氮浓度优于《地表水环境质量标准》(GB3838-2002)第Ⅱ类标准的0.5mg/L。

三、结论及建议

1. 潜流型人工湿地在西安地区净化雁鸣湖水质效果显著， COD、TN、TP和氨氮去除效果稳定，其中COD、TP和氨氮出水浓度分别好于《地表水环境质量标准》(GB 3838-2002)Ⅲ、Ⅲ、Ⅱ类质量标准。

2. 潜流型人工湿地在西安地区运行是适用的，人工湿地对COD、TN、TP和氨氮的去除受温度影响并不显著，其出水浓度维持稳定，能够有效地预防地表水体富营养化的发生。

3. 香蒲可作为主要人工湿地植物推广种植，建议在具体工程实施中应通过筛选耐污和净化能力强的植物品种并进行优化组合，达到更好地调控潜流型人工湿地的净化功能以及符合城市景观建设的需要。

4. 本次实验是以轻度污染的雁鸣湖为对象开展的研究，建议继续以中度、重度污染原水为研究对象继续展开潜流型人工湿地的净水效果的研究，扩大潜流型人工湿地的推广范围。

参考文献：

[1] 付融冰，杨海真，顾国维等.潜流人工湿地对农村生活污水氮去除的研究[J].水处理技术，2006.32（1）：18-22.

[2] 黄娟，王世和，鄢璐等.潜流型人工湿地硝化和反硝化作用强度研究[J].环境科学，2007.28（9）：1965-1969.

[3] 胡康萍，许振成，朱彤等.人工湿地污水处理系统初步研究[J].上海环境科技，1991.10（9）：41-46.

[4] 贺锋，吴振斌，陶菁等.复合垂直流人工湿地污水处理系统硝化与反硝化作用[J].环境科学，2005.26（1）：47-50.