王昊 陳建偉 何緒文

摘要：采用水平-石灰石潛流濕地對污水處理廠二級出水進行深度處理研究。間歇控制水力負荷，選擇連續(xù)進水后取樣，即在水力負荷分別為0.278、0.139、0.093 m/d時取水，測定其去除效果。結果表明，水平-石灰石潛流濕地對污水中的CODcr、NH3-N、TN和TP的去除效果良好，確定了0.093 m/d為運行最佳水力負荷；該潛流濕地表現(xiàn)出了隨著水力負荷的逐漸減小，其對各污染物的去除率逐漸提高的性質(zhì)。

關鍵詞：水平-石灰石潛流濕地；污水處理廠二級出水；水力負荷；去除率

中圖分類號：X703.1 文獻標識碼：A 文章編號：0439-8114（2013）06-1277-03

現(xiàn)今潛流型人工濕地是世界上應用范圍最廣的人工濕地[1]， 其優(yōu)于表流型人工濕地的方面包括污染負荷和水力負荷承受能力強， 不易產(chǎn)生異味，冬季保溫效果較好等。在潛流濕地系統(tǒng)中， 污水在濕地床的內(nèi)部流動， 一方面可以充分利用填料表面生長的生物膜、豐富的根系及表層土和填料截流等的作用， 提高其處理效果和處理能力[2-6]；另一方面由于水流在地表以下流動， 具有保溫性能好、處理效果受氣候影響小、衛(wèi)生條件較好的特點[7，8]。另外，潛流濕地根據(jù)其水流方式分為水平潛流濕地（Horizontal subsurface flow wetland，HSFW）和垂直潛流濕地（Vertical subsurface flow wetland，VSFW）[9-12]。水平潛流濕地具有水力負荷和污染負荷大，對BOD5、CODCr、SS、重金屬等污染指標的去除效果好，且很少有惡臭和孳生蚊蠅現(xiàn)象等優(yōu)點，是目前國際上較多研究和應用的一種濕地處理系統(tǒng)[13-15]。試驗采用唐山市污水處理廠二級出水為研究對象，考查水平-石灰石潛流濕地在穩(wěn)定運行后，不同水力負荷對潛流濕地去除主要污染物效果的影響，找出該潛流濕地的凈水規(guī)律。

1 材料與方法

1.1 材料

1.1.1 裝置 構建水平潛流人工濕地模擬系統(tǒng)1套，濕地結構所用材質(zhì)為有機玻璃，單個濕地單元規(guī)格為長×寬×高=1.6 m×0.6 m×0.6 m。系統(tǒng)底層鋪設0.10 m礫石（粒徑為15～25 mm）作為下墊面，中層為0.20 m主體基質(zhì)石灰石（粒徑為6～10 mm），上層為0.15 m粉煤灰陶粒（粒徑為3～5mm），最上層為0.05 m土壤（過10目篩的混勻土），土壤層中種植蘆葦及香蒲，種植比例1∶1。該人工濕地稱為水平-石灰石潛流濕地。

1.1.2 儀器與藥品 主要儀器：752N型紫外-可見分光光度計、YX-2800/2800+型手提式壓力蒸汽滅菌器、GDS-3型數(shù)字式濁度儀、Sartorius BS 110S電子天平等。主要試劑：硫酸銨、氯化鈉、酒石酸鉀鈉、納氏試劑、硝酸銀等，均為分析純試劑，如有特殊要求另作處理。

1.1.3 試驗原水水質(zhì) 試驗所用原水為唐山污水處理廠二級出水，其水質(zhì)指標基本符合城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標準（GB18918-2002）二級標準，其原水水質(zhì)如表1所示。

1.2 方法

綜合人工濕地系統(tǒng)特點，在濕地系統(tǒng)穩(wěn)定運行條件下，水力負荷是影響人工濕地對污染物處理效果的重要因素。在試驗中，選擇該系統(tǒng)連續(xù)運行2個多月，即在不同的水力停留時間下所對應的不同水力負荷進行試驗，進水水質(zhì)為污水處理廠二級排放標準，潛流濕地連續(xù)運行所對應的水力負荷分別為0.278、0.139、0.093 m/d。考查水平-石灰石潛流濕地對污水中的CODCr、NH3-N、TN和TP的去除效果。

2 結果與分析

在此試驗中，不同水力負荷條件（0.093、0.139和0.278 m/d）下，對水平-石灰石潛流濕地系統(tǒng)的城鎮(zhèn)污水處理廠二級出水的去除效果進行了進一步的研究，從而尋求最佳的處理方案。

2.1 對CODCr的去除效果

從圖1可以看出，在不同的水力負荷條件下，水平-石灰石潛流濕地對CODCr具有一定的去除效果。隨著水力負荷的逐漸減小，該濕地系統(tǒng)對CODCr的去除效果趨于明顯，即去除率逐漸增大。并且，當水力負荷為0.093 m/d時，該系統(tǒng)對CODcr的去除效果最優(yōu)，其出水CODCr的濃度為11.33～29.93 mg/L，去除率為47.0%～81.9%；而當水力負荷為0.278 m/d時，系統(tǒng)出水CODCr的濃度為22.10～38.76 mg/L，去除率為21.3%～64.3%。通過以上數(shù)據(jù)可以看出，水力負荷的增大不利于水平-石灰石潛流濕地系統(tǒng)對CODCr的去除。

2.2 對NH3-N的去除效果

從圖2可以看出，水平-石灰石濕地系統(tǒng)對NH3-N的去除效果具有明顯的規(guī)律性。即隨著水力負荷的逐漸減小，出水NH3-N的濃度逐漸降低，對NH3-N的去除率逐漸升高。在水力負荷為0.278 m/d時，該系統(tǒng)出水NH3-N的濃度為1.77～5.26 mg/L，其去除率為52.5%～80.1%；當水力負荷下降為0.093 m/d時，水平-石灰石潛流濕地系統(tǒng)出水NH3-N的濃度為1.22～3.96 mg/L，其去除率為65.4%～87.8%。

2.3 對TN的去除效果

從圖3可以看出，與對NH3-N的去除效果類似，水平-石灰石潛流濕地系統(tǒng)對TN的去除效果同樣具有明顯的規(guī)律性，即隨著水力負荷的逐漸減小，出水TN的濃度逐漸降低，對TN的去除率逐漸升高。在水力負荷為0.278 m/d時，該系統(tǒng)出水TN的濃度為3.83～9.35 mg/L，其去除率為48.0%～76.5%；當水力負荷下降為0.093 m/d時，系統(tǒng)對TN的去除率明顯提高，即水平-石灰石潛流濕地系統(tǒng)出水TN的濃度為2.77～7.45 mg/L，去除率為64.2%～87.4%。

2.4 對TP的去除效果

從圖4可以看出，水平-石灰石潛流濕地系統(tǒng)出水中的TP濃度變化趨勢明顯，而且波動性較大。隨著水力負荷的逐漸減小，該系統(tǒng)出水的TP濃度逐漸降低，對TP的去除率逐漸升高。在水力負荷為0.278 m/d時，該系統(tǒng)出水TP的濃度為0.14～0.59 mg/L，其去除率為40.1%～88.1%；當水力負荷下降為0.093 m/d時，系統(tǒng)對TP的去除率明顯提高，即水平-石灰石潛流濕地系統(tǒng)出水TP的濃度為0.10～0.35 mg/L，其去除率為62.3%～92.0%。通過以上數(shù)據(jù)可知，水平-石灰石潛流濕地對磷素的去除效果明顯，這可能是由于石灰石本身的特性決定的，或是由于石灰石潛流濕地系統(tǒng)擁有適合去除磷素的環(huán)境系統(tǒng)，或是由于兩者共同的影響，這需要對去除機理進行深入分析。

3 結論

1）該試驗主要分析了水力負荷對各污染物去除效果的影響。確定了0.093 m/d為最佳運行水力負荷，在此運行負荷條件下，水平-石灰石潛流濕地表現(xiàn)出了對CODCr、NH3-N、TN和TP等主要污染物指標有較好的去除效果。

2）在不同水力負荷（0.093、0.139和0.278 m/d）下，就該濕地系統(tǒng)對城鎮(zhèn)污水處理廠二級出水的去除效果進行了進一步的研究。試驗表明，水平-石灰石潛流濕地表現(xiàn)出了隨著水力負荷的逐漸減小，其對各污染物的去除率呈逐漸提高的趨勢。

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