活水公園復合人工濕地春夏凈化效果對比研究

稅永紅，魏玉君，張雷員，楊 韜，肖 義，尹華平，楊 玲

（成都紡織高等?？茖W校 染化與環境工程系，成都611731）

人工濕地（Constructed Wetland）是作為一種經濟、高效、低能耗并兼具景觀功能的生態水處理技術，自20世紀70年代以來，在國內外得到廣泛的應用與研究[1－4]。其中，1997年底建成投入使用的成都市活水公園，是以水保護為主題，世界上首座以展示“人工濕地水處理系統”為主要內容的生態公園。

利用運行效果好的人工濕地系統來研究污染物凈化的沿程變化，特別是不同季節人工濕地對污染物的凈化，有助于深入認識濕地系統不同自然條件下的凈化能力，為合理設計濕地外部尺寸以及運行過程，及時調整濕地水力負荷有著重要的指導意義。為此，依托曾獲1998年國際水岸中心第12屆國際優秀水岸設計評比授予的“優秀水岸設計最高獎”和1998年由國際環境設計研究協會（EDRA）和美國《地域》（PLACES）雜志聯合授予的“環境設計獎”，并獲“母親河教育基地”、“省環境保護教育基地”、“市環境科教基地”等榮譽稱號[5－6]的成都市活水公園（以下簡稱活水公園），我們監測春、夏兩季該人工濕地系統不同水流沿程各級濕地系統的主要水質指標，主要包括TN，NH3—N，DP，TP，分析不同季節情況下組成活水公園的各級濕地污染物的變化規律，探討產生差異的原因。

1 材料與方法

1.1 采樣點確定

活水公園位于四川省成都市府河邊（30°40′08″N、104°05′27″E），占地24 000m2。設計日處理府河河水300m3，工藝流程如圖1所示[6－7]。

圖1 成都活水公園人工濕地系統流程示意圖

由示意圖可看出，整個處理區域分為調蓄區、人工濕地塘（床）區和魚塘淺表充灌溉區三大部分，人工濕地塘（床）區主要種植的植物包括浮萍（Lemna minor Linn.）、旱傘草（Cyperus alternifolius Linn.）、香蒲 （Typha angustifolia Linn.）、蘆 葦 （Phragmites communis Trin.）、再 力 花 （Thalia dealbata Fraser ex Roscoe）、茭白（Zizania aquatica Linn.）、黑藻[Hydrilla verticillata （L.f.）Royle]。

根據水流沿程方向，分別在府河（1）、調蓄區厭氧沉淀池（2）、并聯的人工濕地塘（床）區出水處左（3）和右（4）、魚塘淺表充灌溉區的戲魚池池塘（5）及淺表流濕地總出水（6）布設6個采樣點。

1.2 水樣采集

2011年1－6月，按采樣點布設位置采集水樣進行分析監測，除淺表流濕地（水深約15cm）在不攪混沉積物的情況下直接采集表層水外，其余各采樣點用簡易采樣采集水面下0.5m水樣進行分樣測試。

1.3 監測項目及方法

水樣采集后立即送回實驗室，根據府河常年污染狀況，選擇代表性的水質指標：水溫，pH，DO，CODMn，TN，NH3—N，TP及DP作分析檢測。以上各參數的測試方法均按照國家環保局所編制的《水和廢水監測分析方法》進行[8]。以各監測點平均值按下式計算各級濕地水質指標的去除率。

式中：c0——府河原水污染物濃度；ci——第i個采樣點污染物濃度。

2 結果與分析

2.1 進水水質

2011年1－6月由潛水泵泵入人工濕地系統的府河原水春夏水質如表1所示。

表1 府河污水春夏季水質

監測數據表明，進入濕地的府河污水不論春夏，按單因子評價方法都屬劣Ⅴ類水質，其超標主要因子為總氮、氨氮及總磷（其中，總磷春季雖未超標，但已達到Ⅴ類標準值）。因此，重點考察氮、磷在人工濕地系統沿程不同季節的變化。

2.2 TN去除效果

從圖2可看出，受污染河水總氮春季為3.96mg／L，夏季為3.08mg／L，進入人工濕地系統后，沿程變化趨勢基本相同，總氮濃度逐級降低，兩季總出水TN均低于2.0mg／L，但在夏季總出水TN濃度存在明顯上升的現象；從沿程對TN的去除率來看，去除率逐級提高，總去除率春夏兩季分別為45%和57%，夏季去除率最高達到90%，夏季去除效果明顯優于春季，但總出水由于在淺表流人工濕地段TN濃度上升導致去除率下降，春季無此現象?？赡芘c該段淺表流區夏季人為活動增強有關。

圖2 春夏總氮沿程變化趨勢及去除率變化曲線

從圖2還可看出，對總氮的去除主要發生在厭氧沉淀池和并聯的兩級植物塘（床）濕地，夏季厭氧沉淀池去除率較春季明顯，提高了32%，而兩級并聯植物塘（床）濕地，左濕地對總氮的去除率兩個季節較右濕地平均高6%，這與夏季水溫升高，硝化與反硝化作用加強、濕地植物配置以及年初對右濕地進行了大規模植物修整，濕地還未完全發揮其作用有關。

2.3 NH3—H去除效果

氨氮長期以來是活水公園出水主要超標污染物之一，隨著成都市人民政府對府南河的治理，氨氮入水水質已得到明顯改善，從2006年氨氮年平均值13.9mg／L下降至目前入水2.63～3.87mg／L，因而經過活水公園人工濕地系統處理之后出水水質氨氮0.33～1.34mg／L，達到地表水環境質量標準Ⅱ—Ⅳ類標準。

圖3 春夏氨氮沿程變化趨勢及去除率變化曲線

從圖3可看出，氨氮沿程凈化趨勢兩季變化與總氮變化基本相同，但在春季池塘濕地氨氮有一升高的過程，這可能與該點pH值的升高導致魚池內源氨揮發有關，監測表明在夏季總出水氨氮濃度有上升的現象，這與總氮在夏季總出水濃度升高相吻合，但總氮增加幅度較氨氮更明顯，這可能與淺表流濕地中底泥有機氮的攪動升高有關；從沿程對氨氮的去除率來看，去除率逐級提高，總去除率春夏兩季分別為65.7%和87.1%。夏季去除率最高達到93.1%，明顯較春季去除效果好。但總出水由于在淺表流人工濕地段氨氮濃度上升導致去除率稍有下降，春季無此現象。兩級并聯植物塘（床）濕地，左濕地對氨氮的去除率兩個季節平均較右濕地高2%。

結合圖2與圖3可看出，夏季對氮的去除效果明顯優于春季，而活水公園人工濕地沿程氮的組成主要以氨氮為主，兩季氨氮占總氮的百分比平均為66%，對氮的去除也以氨氮為主，特別是夏季，隨著氣溫的升高，濕地植物利用及微生物硝化與反硝化物作用的增強，使該系統保持對氮的高效去除[9]。結合兩級并聯植物塘（床）濕地對總氮及氨氮的去除情況，可以看出，左濕地對氮的去除率兩個季節分別較右濕地平均高4%。

2.4 TP去除效果

從圖4可看出，受污染河水春季和夏季總磷濃度分別為0.396mg／L和0.406mg／L，進入人工濕地系統后，從沿程變化趨勢來看，兩季變化趨勢相同，出水TP分別為0.083mg／L和0.107mg／L，夏季稍高于春季；從沿程對TP的去除率來看，去除率逐級提高，總去除率春夏兩季分別為77%和73.7%，春季較夏季稍高，季節差異不明顯，這與陽小成對活水公園1—6月總磷的去除研究結果相一致[10]，這可能與春季低溫水體停留時間較長所彌補有關[11]；夏季厭氧沉淀池對總磷的去除效果優于春季，主要是由于夏季府河水濁度高于春季，進入沉淀池后充分發揮了沉淀物的吸附作用，磷得以較好去除。

圖4 春夏總磷沿程變化趨勢及去除率變化曲線

2006年1月至2008年3月活水公園總磷入水平均值為0.315mg／L，出水0.049mg／L，平均去除率達84.4%[6]。與之相比較，2011年1—6月入水總磷濃度已接近或超過地表水Ⅴ類水標準規定0.4mg／L，去除率有一定下降，這與濕地基質吸附量下降有關[12]，但整個濕地系統不論春季還是夏季，對總磷都仍能發揮較好的去除效果。

兩級并聯植物塘（床）濕地，左濕地對總磷的去除率兩個季節分別較右濕地平均高9%，這一方面與濕地植物配置有關，另一方面與右濕地年初進行了大規模植物修整，濕地還未完全發揮其作用有關。

2.5 DP去除效果

水中溶解性磷是生物可直接吸收的營養無素。

從圖5可看出，春季和夏季溶解性磷濃度分別為0.241mg／L和0.252mg／L，進入人工濕地系統后，沿程變化兩季變化趨勢相同，出水分別為0.066mg／L和0.058mg／L；從沿程對溶解性磷的去除率來看，變化趨勢也很一致，總去除率春夏兩季分別為72.6%和76.9%，夏季較春季稍高，季節差異不明顯；但夏季厭氧沉淀池對總磷的去除效果優于春季，主要是由于夏季府河水濁度高于春季，進入沉淀池后充分發揮了沉淀物的吸附作用，磷得以較好去除。

從圖5還可看出，在并聯的兩級植物塘（床）區，左濕地平均處理效果較右濕地高3%，這兩級并聯濕地不同之處主要在于植物配置不同，以及左濕地植物較右濕地植物較早植入有關。結合兩級并聯植物塘（床）濕地對總磷及溶解性磷的去除情況，可以看出，左濕地對磷的去除率兩個季節分別較右濕地平均高6%。

圖5 春夏溶解性磷沿程變化趨勢及去除率變化曲線

3 結論

經過14a的運行，活水公園人工濕地系統春夏季節對受污染河水氮、磷仍具有較好的處理效果，春夏兩季對主要污染物總氮、氨氮、總磷及溶解性磷的去除率春季分別為45.5%，65.7%，77%，72.6%，夏季去除率分別為56.9%，87.1%，76.9%，73.7%；

活水公園人工濕地系統對氮的去除效果存在季節性差異，夏季明顯優于春季，而對磷的去除效果春夏兩季差異性不明顯；

人工濕地塘（床）不同植物組合與配置及植物的生長狀況對人工濕地處理效果會產生一定的影響，表現在并聯的人工濕地塘床區左濕地系統各主要污染物凈化效果好于右濕地系統，對氮、磷的去除率平均高4%和6%。

致謝：四川大學唐亞教授對論文撰寫給予了大力幫助，在些表示感謝！

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