人工浮島中處理生活污水的試驗研究

潘智勇

人工浮島中處理生活污水的試驗研究

潘智勇

福建省偉邦市政環保工程設計研究院有限公司

通過由美人蕉、燈心草、菖蒲多種植物構建的人工浮島，試驗研究其在動態條件下對生活污水中氮、磷的去除效果。結果表明：停留時間7d時，TN、NH4+-N、TP的去除率平均為66.4%、79.6%、78.1%。試驗證明了組合植物的人工浮島在生活污水處理中具有良好的應用前景。

人工浮島 生活污水 氮磷去除 試驗

人工浮島技術就是將水生植物或部分陸生植物固定在載體上，通過植物對氮磷的吸收作用以及植物根系附著微生物對污染物的降解作用，達到去除富營養化水體氮磷的目的。自20世紀70年代以來，以水生植物為核心的生態處理技術在污水處理和水體修復中被廣泛研究和應用，工程實踐表明，該技術具有低投資、低能耗等優點，近年來已成為環保領域的一個研究熱點。由于可充分利用水面直接從水體中去除污染物，無需占用土地，因而人工浮島大都用于富營養化水體水質的改善。但對人工浮島在動態條件下去除生活污水污染物的效果研究較少，本研究在構建多種植物共存的人工浮島的基礎上，通過在浮島上植物組合，探討了其對生活污水水質的動態凈化特性，對凈化機理進行了定量解析。

1 材料與方法

1.1 主要材料

美人蕉、燈心草、菖蒲作為人工浮島植物；聚苯乙烯發泡沫板：規格長40cm，寬40cm，厚2.5cm，在板上打孔，孔間距根據不同植物適宜的種植密度而定，整板可以漂浮于水面。試驗場地：某水源一級保護區內的一個村莊污水處理站。試驗用水: 農村生活污水。試驗用水水質數據如表1所示。

表1　試驗用水水質數據

1.2 主要儀器

紫外/可見分光光度計，高壓滅菌鍋，電熱板，恒流泵，試驗水池（尺寸為1.20m×1.20m×0.65m），以及其它試驗室常用儀器。

1.3 檢測方法

總氮（TN）：過硫酸鉀氧化，紫外分光光度法；總磷（TP）：鉬銻抗分光光度法；氨氮（NH4+-N）：納氏試劑比色法；硝氮（NO3--N）：酚二磺酸分光光度法。

1.4 試驗方法

挑選美人蕉、燈心草、菖蒲各16株，高度約為20～30cm；將燈心草與菖蒲、菖蒲與美人蕉、燈心草與美人蕉相混合的形式分成兩列固定在塑料泡沫板上，每列視植株大小固定一種植物6株，最后以美人蕉、燈心草、菖蒲相混合分成三列固定在塑料泡沫板上，每列視植物大小固定一種植物4株。

為了研究人工浮島對生活污水水質的實際凈化效果，考察在不同水體交換條件下的動態凈化效果并定量解析其凈化機理，在試驗水池中部放置上述人工浮島。生活污水經恒流泵平行連續進入各個水池。為了模擬生活污水實際水體停留時間，設置池內水體的停留時間為3d、4d、5d、6d和7d。試驗進行時間為夏秋交替的九、十月，期間平均氣溫為24.3°C。

2 結果與討論

2.1 組合型人工浮島去除水體中TN試驗

圖1表明，TN進水濃度在11.24～13.29 mg/L之間，出水濃度在4.31～9.01 mg／L之間。去除率隨水體停留時間的延長呈增長趨勢，水體停留時間為3d時人工浮島的平均去除率為30.2%～32.7%,5d時為45.3%～52.1%,在此區間去除率增長速度較快,之后趨于平緩,7d時達到54.5%～66.6%。

較長的停留時間有利于除N，N去除率的變化是植物吸收、氨化、硝化及反硝化反應的共同結果，人工浮島對N去除率變化速率以5d為界限，過長的停留時間將使N去除率變化速率趨勢減緩。雖然TN去除率整體呈線性上升趨勢，由3d時的31.2%上升至7d時的66.4%，停留時間的延長有利于氮的進一步去除。在動態條件下的人工浮島研究較為缺乏，但在相同水體中進行的單一植物介質試驗，水體停留時間為7d時TN去除率為42.1%，明顯低于組合型人工浮島的去除率，表明組合型人工浮島通過不同植物之間相互作用對TN去除率的提高具有顯著效果。

在四種組合型人工浮島中，以燈心草、菖蒲、美人蕉三種植物組成的人工浮島處理效果最佳，停留時間為7d時的TN去除率可以達到66%以上，均高于其它兩種植物組成的人工浮島。在試驗中觀察到，美人蕉根系尤為發達，又最長，菖蒲次之，最短為燈心草，三種植物根系分別吸收在不同水層的N，加上由于植物的光合作用，使根系周圍不同水層產生了更多的溶解氧，讓好氧微生物大量生長，分解更多的有機氮，使氮的去除率得到了最大化。

圖1 不同組合植物的人工浮島在不同停留時間試驗TN進出水濃度及去除率

2.2 組合型人工浮島去除水體中NH4+-N試驗

圖2表明，NH4+-N進水濃度在9.63～10.39mg/L之間，出水濃度在1.95～6.35 mg／L之間。去除率隨水體停留時間的延長呈增長趨勢，停留時間為3d時，人工浮島的平均去除率為35.5%～38.5%,5d時為69%～72.2%,在此區間去除率增長速度較快,之后趨于平緩,7d時達到76.4%～79.6%。

在四種組合型人工浮島中，由燈心草、菖蒲、美人蕉三種植物組成的人工浮島處理效果比其它任意兩種植物組合的人工浮島都要好，停留時間為7d時的NH4+-N去除率達到了79.6%。

從圖1和圖2可以得出：NH4+-N去除率比TN的去除率要高，說明人工浮島系統能優先去除水體中的NH4+-N。這可能由于本試驗的試驗水體較小，溶解氧含量較高，導致植物作用過程硝化反應速度較快，從而NH4+-N的去除率較高且穩定。

圖2 不同組合植物的人工浮島在不同停留時間試驗NH4+-N進出水濃度及去除率

2.3 組合型人工浮島去除水體中TP試驗

圖3表明，進水TP濃度在5.14～5.55mg/L之間變化，平均去除率介于68.6%～78.1%之間，與TN和NH4+-N相同，隨著水體停留時間的增加，去除率整體上升。

同樣組合型人工浮島去除TP變化速率以5d為界，過長的水體停留時間將引起P的去除變化速率減緩。在動態條件下組合型人工浮島比單一植物的人工浮島去除磷的效率要高，從而又體現了植物之間相互促進作用對去除率的提高。

圖3 不同組合植物的人工浮島在不同停留時間試驗TP進出水濃度及去除率

由三種植物組成的混合植物型人工浮島在7d水體停留時間條件下，去除P的效率達到了78.1%，比其余兩種植物組成的人工浮島去除率要高。試驗中可觀察到，三種植物的根系長度不一，使得對不同水層的P有吸附吸收作用，同時植物的光合作用使得植物根系產生氧，使不同水層溶解氧增多，從而為聚磷菌提供了良好的條件，而聚磷菌的產生對污水中P的去除很重要，對有機磷的降解率也有提高，提高了P的總體去除水平。

3 結論

3.1 在動態條件下，組合型人工浮島對TN、NH4+-N和TP去除率隨水體停留時間的增加而增加，當水體停留時間到達5d后，隨停留時間的增加而迅猛增加，7d時各種污染物平均去除率為：TN=66.4%，NH4+-N=79.6%，TP=78.1%。

3.2 通過多種植物間的促進改善作用，三種植物組成的人工浮島對TN、NH4+-N、TP的去除率比兩種植物組成的人工浮島要高。

3.3 試驗認為，在實際運用中，組合型人工浮島對生活污水中氮、磷去除能起到良好的效果。

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