不同水力负荷的潜流人工湿地在处理污染河水的试验研究

摘要：本文通过实验，利用处理效率较高的潜流人工湿地，在停留时间、填料和植物组合方式相同的条件下，不同的水力负荷对某被污染的河流河水进行处理，结果表明不同的水力负荷在处理不同的项目时，处理效果亦有很大的差异。

关键词：潜流人工湿地，填料，植物，水力负荷

中图分类号：S342.2文献标识码： A

0 前言

人工湿地系统作为一种生态处理方法，它具有效率高、投资少、低运行费用、低能耗、适用面广等优点，正逐渐成为比较有前途的污水处理工艺。本试验采用潜流人工湿地系统处理被污染的河水，通过选用不同的水力负荷研究潜流人工湿地对被污染河水的处理效果，得出最佳的水力负荷，希望能为潜流人工湿地系统的研究提供一定的科学依据和技术支持。

1 试验设计

本实验选定某被污染的河水作为潜流人工湿地的进水，潜流人工湿地初始设计处理规模为50 m3/d，初始设计水力负荷24cm/d，HRT=3d。整个潜流人工湿地高75cm，其中覆土层厚20cm，填料层50～55cm，底板坡度i＝1.5％。整个潜流人工湿地为正六边形，从中心到各边有效距离为10m，详见图1-1。

图 1-1 填料层构造详图

该试验的人工湿地的填料共采用六种组合方式，分别分布在正六边形的六块湿地中，如图1-2。组合方式如下：

1号地：芦苇＋砾石＋黄沙； 2号地：香蒲＋砾石＋黄沙；

3号地：芦苇＋沸石＋黄沙； 4号地：香蒲＋沸石＋黄沙；

5号地：芦苇＋沸石＋黄沙＋碳酸钙；6号地：香蒲＋沸石＋黄沙＋碳酸钙。

图 1-2 潜流人工湿地示意图

2 试验内容

实验期间1号地不出水没有相关数据，本试验在pH值、停留时间相同的条件下，采用对比试验方法，考察进、出水的水质指标，从三种填料（沸石，砾石，沸石＋石灰石）和两种植物（芦苇和香蒲）组成的六种组合中找出在不同的水力负荷下氮磷综合去除的最佳效果。试验全过程测定高锰酸盐指数、TN、NH3-N、TP、PO43－，测定频率每周两次到三次。

水力负荷对高锰酸盐指数的去除影响

图2-1水力负荷对高锰酸盐指数去除率的影响

图2-1 表示的是水力负荷在12cm3/cm2.d- 60cm3/cm2.d下高锰酸盐指数的去除率的变化规律。从图中我们可以看到随着水力负荷的增加，高锰酸盐指数的去除率是先上升后下降，其对于高锰酸盐指数去除的较好的水力负荷是在24cm3/cm2.d。同时可以看到4#地对高锰酸盐指数的去除效果在六块地中是较好的，说明4#地的香蒲＋沸石＋黄沙植物与填料组合对高锰酸盐指数的去除是较好的。

水力负荷对总氮的去除的影响

图2-2水力负荷对总氮去除率的影响

图2-2所示的是水力负荷在12cm3/cm2.d- 60cm3/cm2.d下总氮的去除率的变化规律。从图中我们可以看到，3#地、5#地随着水力负荷的增加总氮的去除率呈先下降后上升趋势，而2#地和4#地整体上呈下降趋势，说明总氮的去除率随着水力负荷的升高变化较大，整体上看水力负荷在24cm3/cm2.d较好，6#地随着水力负荷的增加，去除率几乎没大的变化较为稳定，且 6#地的去除效果很明显比其余的五块地都要高。说明6#地（香蒲＋沸石＋黄沙＋碳酸钙）这样的植物与填料组合对去除总氮的效果是较好的，去除率又稳定又高。

水力负荷对氨氮的去除的影响

图2-3水力负荷对氨氮去除率的影响

图2-3所示的是水力负荷在12cm3/cm2.d- 60cm3/cm2.d下氨氮的去除率的变化规律。从上图可以看出对于水力负荷的增加对氨氮的去除效果变化较大，整体来说随着水力负荷的增加3#、4#、5#、6#地对对氨氮的去除率是先下降后上升再下降，而2#地是先上升后下降。在水力负荷＜36cm3/cm2.d时，2#地对氨氮的去除效果较好，当水力负荷＞36cm3/cm2.d时，6#地去除效果较好。说明无论在高水力负荷还是在低水力负荷下，香蒲对于氨氮的去除效果都是较好的，只是由于填料的不同而适应不同的水力负荷。总的来说，随着水力负荷的增加香蒲地比芦苇地对氨氮的去除效果好，沸石对氨氮的去除效果要比砾石好。对于氨氮的去除最佳水力负荷是在36cm3/cm2.d。

水力负荷对总磷的去除的影响

图2-4水力负荷对总磷去除率的影响

图2-4所示的是水力负荷在12cm3/cm2.d- 60cm3/cm2.d下总磷的去除率的变化规律。从上图可以看出随着水力负荷的增加对于总磷的去除只有2#地除外，其余的五块地都是整体上呈下降趋势。2#地对总磷的去除是先下降后上升再下降，其去除效果较好的水力负荷出现在12cm3/cm2.d和24cm3/cm2.d时，在小流量下4#地对总磷的去除效果是比较好的。总的来说，总磷的去除率是随着水力负荷的增加总的趋势是下降的。

水力负荷对正磷酸盐的去除的影响

图2-5水力负荷对正磷酸盐去除率的影响

图2-5所示的是水力负荷在12cm3/cm2.d- 60cm3/cm2.d下正磷酸盐的去除率的变化规律。从上图可以看出当水力负荷＜36cm3/cm2.d时对正磷酸盐的去除效果较稳定，当水力负荷＞36cm3/cm2.d时，随着水力负荷的增加对正磷酸盐的去除效果效果变化较大，其中6#地的去除效果最为稳定。整体来说水力负荷出现在12cm3/cm2.d和24cm3/cm2.d时去除效果较好。

3 分析与结论

综上所述，对于高锰酸盐指数的去除在水力负荷为24cm3/cm2.d时是最佳；对于总氮的去除在水力负荷为24cm3/cm2.d时也是最好的；对于氨氮的去除在水力负荷为36cm3/cm2.d时是最好的；对于总磷的去除在水力负荷为12cm3/cm2.d和24cm3/cm2.d时较好，对于正磷酸盐的去除在水力负荷为12cm3/cm2.d和24cm3/cm2.d时较好，有研究表明，如果水力负荷太大，污水与湿地填料层接触的时间很短，同时水流太大会冲掉填料层上的生物膜，进而影响微生物对污染物的去除，如果水力负荷太小的话，微生物就得不到足够的营养，人工湿地就不能充分发挥去除污染物的作用，综合考虑人工湿地对各物化指标的去除，可以得出人工湿地最佳的处理效果时的水力负荷为24cm3/cm2.d。

在最佳水力负荷下，人工湿地对高锰酸盐指数的去除率在36.39%-53.24%，平均去除率为44.51%；总氮的去除率在43.66%-73.23%，平均去除率为52.99%；氨氮的去除率在55.47%-80.98%，平均去除率去除率为63.39%；总磷的去除率在59.55%-74.76%，平均去除率为67.98%；正磷酸盐的去除率在62.41%-66.36%，平均去除率为63.88%。

参考文献

[1] 吴献花等.人工湿地处理污水的机理.玉溪师范学院学报，2002，18(1)：103-105

[2] 吴振斌，任明迅，等．垂直流人工湿地水力学特点对污水净化效果的影响．环境科学，2001， 22(5)：45-49

[3] 尹军，崔玉波等．潜流人工湿地对污染物的降解特征．中国给水排水，2004，10（6）：47-49