潛流濕地去除污水處理廠二級出水的處理效果

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。

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， 不易產生異味，冬季保溫效果較好等。在潛流濕地系統中， 污水在濕地床的內部流動， 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、衛生條件較好的特點[7，8]。另外，潛流濕地根據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象等優點，是目前國際上較多研究和應用的一種濕地處理系統[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1套，濕地結構所用材質為有機玻璃，單個濕地單元規格為長×寬×高=1.6 m×0.6 m×0.6 m。系統底層鋪設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 試驗所用原水為唐山污水處理廠二級出水，其水質指標基本符合城鎮污水處理廠污染物排放標準（GB18918-2002）二級標準，其原水水質如表1所示。

1.2 方法

綜合人工濕地系統特點，在濕地系統穩定運行條件下，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，選擇該系統連續運行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，進水水質為污水處理廠二級排放標準，潛流濕地連續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的城鎮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，該系統對CODcr的去除效果最優，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%。通過以上數據可以看出，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-石灰石濕地系統對NH3-N的去除效果具有明顯的規律性。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對TN的去除效果同樣具有明顯的規律性，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，系統對TN的去除率明顯提高，即水平-石灰石潛流濕地系統出水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，系統對TP的去除率明顯提高，即水平-石灰石潛流濕地系統出水TP的濃度為0.10～0.35 mg/L，其去除率為62.3%～92.0%。通過以上數據可知，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擁有適合去除磷素的環境系統，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，就該濕地系統對城鎮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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