垂直流濕地污水處理效果影響因素探究

范天麗，楊雨晗

(昆明綠地環保工程咨詢有限公司，云南 昆明 650100)

0 引言

濕地是一種復雜的自然綜合體，濕地是陸地與水體之間的過渡帶，具有獨特的生態結構和功能。1982年3月12日修正的“國際濕地公約”中，把濕地定義為：不問其為自然或人工、長久或暫時之沼澤地、濕源泥炭地或水域地帶：帶有或靜止或流動、或為淡水，半咸水或咸水水體者，包括低潮時水深不超過6cm的水域。它像天然的過濾器，有助于減緩水流的速度，當含毒物和雜質(農藥、生活污水和工業排放物)的流水經過濕地時，流速減慢有利于毒物和雜質的沉淀和排除，一些濕地生物能有效地吸收水中的有毒物質，凈化水質。

人工濕地是一種由人工建造和監督控制的，與沼澤地類似的地面。人工濕地是為處理污水而人為設計建造的，是20世紀70年代發展起來的新型廢水處理工藝。它根據自然濕地生態系統中物理、化學、生化反應的協同作用來處理廢水，一般由人工基質(一般碎石)和生長在其上的水生生物組成，是一個獨特的土壤-微生物系統。

垂直流人工濕地，污水從濕地表面縱向流向填料床的底部，床體處于不飽和狀態，氧可通過大氣擴散和植物傳輸進入人工濕地系統，垂直流人工濕地的硝化能力高于水平潛流人工濕地，可用于處理氨氮含量較高的污水，其缺點是對有機物的去除能力不如水平潛流人工濕地系統，落干或淹水時間較長，控制相對復雜。

利用實驗室現有材料，設計6個污水處理方案。統一添加污水，比較不同處理裝置、不同處理措施對氮磷及COD的去除效果，最終得出最優污水處理裝置。通過這個實驗，增強對影響氮磷處理效果因素的了解，為污水處理研究貢獻一份自己的力量。

1 實驗設計

1.1 實驗裝置

本實驗6個方案都是采用敞口塑料柱子，共24個柱子，每個柱子各有兩個導水管(一上一下，上面的導水管擱置，在圖中省略)，填料為自己設計裝填，各組的填料及配比均不相同。裝置見圖1。

1.2 材料配比及污水配比情況

實驗中各方案設計的填料材料及配比均不一樣，即有6種不同的設計方案。各方案各有四個柱子，構成平行對照。實驗所用的填料分別為：腐殖質、礫石、陶粒、細沙、粗沙、土、珍珠巖、火山巖、公分石等。具體配比見表1。

實驗所處理的污水執行《GB 8978-1996污水綜合排放標準》一級A標，TN:15mg/L；TP:0.5mg/L；COD:50mg/L；BOD5：50mg/L。具體添加情況、污水配方見表2。

1.3 污水測定方法計算公式

總氮的測定方法為堿性過硫酸鉀紫外分光光度法，總磷的測定方法為鉬酸銨分光光度法。其中流速則分別于9月14日、11月14日、11月21日按重量法測定；測定其5s、10s、30s、1min、2min和5min的流出的水的重量。

表1 各方案填料內容、高度及重量情況

表2 項目配比情況表

2 結果分析

2.1 流速、導水率的變化趨勢

本次實驗分別于9月14日、11月14日、11月21日測定流速，故分別有三個導水率，每個方案各取一個具代表性的柱子數據做對照。

從圖2、圖3、圖4可知：整體來看，隨著時間的推移，多數方案的流速、導水率、當量孔徑均變小，但是幅度不太一樣，導水率的變化幅度相對更大，流速次之，當量孔徑的變化幅度相對最小。各組的具體變化幅度也不一樣。單從流速來看，各個組的流速大致呈一條直線，都隨著時間的推移呈下降趨勢。若是結合填充物來看，方案1裝置的填料中沒有土壤或腐殖質，流速也都大于其他方案，說明方案1的處理量相對較大。其他土壤或腐殖質相對較多方案的裝置流速都低于方案1，這也說明了流速受填料材料的影響。而大多數土壤或腐殖質相對較多組的設計裝置剛開始運行時，土壤基質對水分的吸附和保持能力都還比較弱，但隨著時間的推移，生物膜的生長，污水的停留時間變長，故流速也相應降低。綜合來看，方案6的流速和當量孔徑是最高的，導水率第二，總體來說，方案6的處理量是最大的。經與填料對照，方案6的填料是按照孔隙大小搭配的，即一大一小相互岔開；而且其生物膜長的也不錯，既保證了處理量，又為污水處理的質量提供了保障。

圖2 流速隨時間推移的變化趨勢

圖3 導水率隨時間推移的變化趨勢 圖4 當量孔徑隨時間推移的變化趨勢

2.2 TN、TP、COD的去除

從圖5可以看出，濃度越低，處理效果越好。方案1的處理效果是最好的，達到了地表水環境質量標準的Ⅰ類水標準；方案5的處理效果也不錯，達到了Ⅴ類水的標準；方案6的最差，其他方案都沒有達到預期的處理效果。若是只考慮脫氮率，方案1相對來說是比較好的，流速又快，除氮率又高，但通過表4可知，其相關性不是很好。總體來說，所有方案的裝置在除氮方面都有一定的效果，但是沒達到預期的效果，說明裝置還需進一步改進。

圖5 各方案TN的處理后的濃度

表3 地表水環境質量標準基本項目標準限值(GB 3838-2002) (mg/L)

表4 COD、TN、TP相關性表 (mg/L)

從圖6可以看出，方案5的裝置在除磷方面是最好的，方案2、方案4次之，方案3緊隨其后，方案6最差。從圖7可以看出，方案6和方案4的 COD去除也是最好的，最終達到了地表水環境質量標準的Ⅳ類水標準；方案3、方案1次之，達到了Ⅴ類水標準；方案2最差。

圖6 各方案TP的處理后的濃度 圖7 各方案COD的處理后的濃度

綜合來看：方案6的實驗裝置TN、TP、COD處理效果最好，但是其流速、當量孔徑、導水率方面不太理想。經與其填料結合來看，該組的填料總高度為25cm,單土和腐殖質的高度就為15cm，占了整整60%，而其處理效果也最好，對比其他組的腐殖質和土所占的比例，也跟其處理效果有關。方案6在總氮、總磷、COD方面的處理效果不是很好，但其處理量很大。方案1的流速快，導水率和當量孔徑方面也不錯，而且總氮處理效果很好，COD的處理也基本達標，但是總磷的處理效果就不是那么理想。其他組的處理效果和流速都居于中間水平，而且也沒能達到理想效果。

3 結論

(1)流速受填料自身性質的影響。

(2)總氮、總磷、COD的處理效果與裝置中土和腐殖質的總量有一定關系。

(3)不能追求處理量和處理效果都最大化，只能找到一個最佳平衡點。