复合人工湿地处理生活污水的效果

安徽农业科学,Jourmal of Anhui Agni. Sci. 2011 ,39(30) :18616 - 18617 ,18683责任编辑郑丹丹责任校对况玲玲复合人工湿地处理生活污水的效果薛宇',赵军”,李晓东”*(1.辽宁大学环境学院,辽宁沈阳10036;2.辽宁省环境科学研究院,辽宁沈阳10031)摘要[目的]对湿地污水处理技术的工艺参教进行改进和系统优化。[方法]通过改变传统间歇进水对人工湿地增氧的方式,将两个垂直流人工湿地串联,在好氧湿地内增加曝气供氧,使好氧湿地内溶解氧保持在3 ~4 mg/L,从回流比角度出发,考察了不同回流比(0、1:1、2:13:1.5:1)对复合人工强化湿地处理效果的影响。[结果]复合垂直流人工湿地对COD、NH,-N、TN的去除效果均可达到污水排放一级A的标准，其中不同回流比对TN的去除影响效果很大,当回流比达到2:1时,去除效果最好,去除率可达82. 5% ;但试验装置对IP的去除效果较差,可从湿地基质选材的角度考虑,选取吸附能力较强的填料作为湿地基质,加强对污水中磷的去除效果。[结论]垂直流人工湿地对生活污水的处理有较好的应用前景。关键词人工湿地;回流比;曝气中图分类号X703.1 文献标识码 A文章编号0517 66112011)30- 18616 -02Research on the Wastewater Treatment in Artifncial Construction WetlandXUE Yuet al (Department of Environmental Science ,Liaoning University ,Shenyang,Liaoning 110036)Abstract [ Objective] The technical parameter in the system of the wastewalter treatmnent in arificial construction wetland was improved for itsoptimization. [ Method] The way of the oxygen- adding through the traditional method of intermittent waterinltting was improved with the hangthrough the wetland oxygen on the series of two vrical-lowing wetlands. The content of dissolved oxygen within the aerobic wetland remained inthe range of 3 -4 mg/L by means of the technique of aerating oxygen. The elect of difterent recirculation ratios(0, 1:1,2:1,3:1 or5:1) onthe treatment of arifcial construction wetland was studied. [Result ] The removal eficiency on COD, NH,-N and TN in the verical-Aowing wet-and the best removal eficiency(82. 5%) on TN was at the recirculation ratio of 2:1. However, the efect of the experimental installation on TPremoval was bad, thus , in order to improve the TP removal eficiency, the matrix material with stronger ability in absorption could be adopted inthe construction of wetland. [ Conclusion ] The construction of vertical-lowing wetland had good application prospect in the wastewater treatment.Key words Artificia wetland; Recirculation ratio; Aerating oxygen人工湿地处理系统源于对自然湿地的模拟，它利用自然池尺寸为0.5 mx0.5 mx1.0 m,池内装填砾石作为基质。生态系统中植物、基质和微生物=者的协同作用来实现水质两池上部由两个出水口相连通“1。采用UPVC管在上行流的净化作用。湿地系统由土壤和按-定级别充填的基质或池底部和下行流池表面进水管均匀进水布水,最终从下行流填料(如砾石等)组成,并在床表面种植植物(如芦苇等)而好氧湿地底部出水至清水池内。水流方向为上行流至下行构成-一个独特的动植物生态系统。当水通过人工湿地处理流。在好氧人工湿地池底部增加曝气管,曝气管用纱网包系统时,通过过滤、吸附、沉淀、离子交换、植物吸收和微生物裹,防止堵塞,曝气量由气体流量计控制,使得池内溶解氧保分解等作用,使水质得到净化"。与传统的污水二级生化处持在维持好氧微生物正常代谢的范围内。理T.艺相比,人工湿地污水处理技术具有净化效果好、去除1.2试验用水供试水采用模拟废水。进水以葡萄糖、氮磷能力强、工艺设备简单、运行维护管理方便能耗低、生NH,Cl为主配制,作为碳源和氮源,并根据不同阶段的需要态环境效益显著并美化环境、可实现废水的资源化等特调整进水浓度;同时加入适量蛋白胨K2 HPO,、CeCl, ,并根据点(2-3)。因此,该技术适用于居民小区、农村生活污水和生微生物生长需要添加几种微量元素;为保证氨氧化菌和硝化产废水,以及微污染水源水等的处理。菌的最佳生长条件,投加适量NaHCO, ,以保持pH在6.5~人工湿地污水处理系统是一种经济高效的污水生态处8.0。进水水质指标:COD 200 ~450 mg/L,NH3-N 15 ~50理技术,然而,湿地污水处理技术在性能上有待发展与完善，mg/L,TN 20~50 mg/L,IP4~8 mg/L。尤其需要对其工艺参数进行不断改进和系统优化。笔者依1.3试验方法进水方式为连续进水,水力 负荷为0.2据美国第4代人工湿地工程设计及运行参数,结合辽宁省环m/(m2●d)。湿地后端加设储水池，采用连续回流方式,从境科学研究院污染防治技术研究所人工湿地试验室实际情低到高依次完成1:1 2:1 3:1、5:1 4种回流比，回流前采集况，在满足工艺要求的前提下搭建了人工湿地小试装置,并的处理出水样品即为0%回流比的运行结果。从回流比角度出发,考察了不同回流比对复合人工强化湿地1.4水质分析COD、NH3-N 、TN、TP的测定参照<水和废水监测分析方法》。处理效果的影响。1材料与方法2结果与分析1.1试验装置复合垂 直流人工湿地系统由上行流厌氧缺2.1有机物的去除 由图 1可知,该系统对COD。去除效果氧池和下行流好氧池串联而成，池壁由PVC塑料板制成,单较好,去除率保持在80%以上。污水中的大分子有机物通过厌氧缺氧湿地的水解酸化作用得到大幅去除,减轻了后续好基金项目国 家科技支撑计划项目(2010BAC68B02);国家科技支撑计氧湿地的污染中国煤化工微生物作用下,通划项目(2009BADC2B01404-01)。作者简介薛宇(1984- ),男,辽宁鞍山人，助理工程师,在读硕士,从过吸附吸收及CNMHG足的有机物为微事生活污水治理研究, E-mail: davidxueyu@ 163. com。*通生物的大量生:YH吸收污染物和耐冲讯作者,高级工程师，博士,从事污染生态修复研究,Ermil; .讯作者,高级工程击负荷能力强,所以系统对生活污水有很高的去除率,去除效lxdlyI2005@ 126. com。收稿日期2011-07-13果稳定。有研究表明,人工湿地系统内有机物的去除主要由微39誊30期薛字等复合人工湿地处理生活污水的效果18617生物分解基质的过滤截留作用及微生物的分解作用完成[5]。浓度过高 ,会对反硝化菌产生抑制作用,脱氮速率反而变但不同回流比对有机物的去除几乎没有影响。慢l°。因此,试验确定了最佳回流比为2:1。。缺氧Oxyen deficiancy。缺氧Oxygen deficiancy去出水Erfluent士出水Effluent-0-去除率Raoval nate00-一去除率Removal nate不回流|回流比;回流比I回流比回流比100 x320l,0。莒240不回流回比I回流比回流比)220569 1215 18272427333942458569121582427033莎4454851运行天數Operating daysId运行天数Operating days Nd围1不同回流比下 COD。的去除效果圈3不同回流比下TN的去除效果Fg.1 Removal efciency of COD。with diferent redrculationFg3 Rermoval elhdency of TN with diTterent redrculation ratiosratios2.4 TP 的去除由表 1可知,试验装置对磷的去除效果较2.2 NH3-N 的去除人工湿地对 NH,-N的去除途径主要差。已有的研究表明10],人工湿地对磷的去除主要是通过包括挥发植物吸收、填料吸附以及微生物的硝化和反硝化基质吸附、过滤、离子交换等作用。该研究主要考虑对氮的作用。其中微生物的硝化和反硝化作用是最主要的途径(61。去除， 没有选用特殊除磷基质,只选用常用的砾石填料作为NH-N主要是在好氧条件下由自养型好氧微生物完成硝化湿地基质,进而影响了磷的去除效果。作用转化为硝态氮。也有部分NH,-N在缺氧条件下,在某些表1不同回流比下系统各段 TP平均浓度异养菌的作用下发生厌氧氨氧化反应'”。Table 1centration in each section of the system on出-★进水Influenetferent refux rato。-缺氧0rxyen deficiancnyTP平均浓度TP mean concentraio//mg/去 除率士出水ErrluentReflux进水缺氧出水RemoeallOp 不回流i回流比回流比:回流比:回流比100.。atio. Inluent Oxygen deficiency Efluentrate//%80 :6.115.743.8331.31:5.404.904.2920.60e2:14.303.803.05.6-0&3:5.034.762.9241.9s:5.905.002.6020角3结论运行天数Opcrating daysld(1)复合垂直流人工湿地对C0D、NH-N、TIN的去除效果均可达到污水排放- -级A的标准,其中不同回流比对TN田2不同回流比下NH,.N的去除效果的去除影响效果很大,当回流比达到2: 1时，去除效果最好,Fg.2 Renoval efncdenay of NH,.N with iftereat redireulation去除率可达82. 5% ,湿地中的硝化或反硝化反应进行得比较由图2可知,不回流时,在缺氧条件下人工湿地对NH-N完全。有部分的降解去除。从不回流到回流比设定为1:1、2:1.3:1(2)复合垂直流人工湿地对磷的去除效果较差。对于磷各个工况下,出水NH,-N效果较好,均在5 mg/L以下。不同的去除有待进-步研究,可从湿地基质选材的角度考虑,选回流比间NH,-N去除率的差异并不显著,说明回流比的大小取吸附能力较强的填料作为湿地基质,加强对污水中磷的去对NH3-N去除率影响不大。但当回流比达到5: 1时,NH,-N除效果。的去除率有下降趋势,主要是由于回流比过大导致水力负荷(3)目前对湿地回流的研究还不多见,尤其在复合垂直流人工湿地中的研究甚少。试验中CODc、NH,-N.TN在不加大,反而影响NH-N的去除效果。2.3 TN的去除由图3可知,TN的去除效果随着回流比同回流比下的去除效果较好,可为以后湿地对生活污水的处的增大而呈现出先升高后下降的趋势。污水进人复合垂直理提供- -定的参数参考。流湿地从下到上再从上而下依次经过厌氧缺氧、好氧的阶参考文献段,在好氧条件下NHJ-N被转化成NO,-N,再在缺氧环境下[1]籍国东,形铁珩,李顺.人工湿地及其在工业废水处理中的应用[J].应用生态学报,2反硝化脱氮将湿地分成两级有利于脱氮。- 般认为回流比[2] Intenational中国煤化工or poulo cntat,”proe.ee-ublishing,0'越大,脱氮效率越高,其实不然,当回流比过高,则不仅多耗[3]吴振斌，徐光来TYHCN M H Glishing, 2000费动力,还会因回流量增加,导致鋏氧池中m( BOD, )/m化[J]科学技术,00 ,27(S1):30-32.一对不同氮污水的净(下转第18683 页)(NO3-N)值下降[0] ;同时,回流量太大带人缺氧池的溶解氧39卷30期高志光等不同水平铜对育 成水貂生长发育的影响18683性通过黍加铜能提高氮沉积率和生物学效价。Braude 等和[2] 陈中刚,林映才,许梓荣高铜促生长及利综述[].善药与饲料添剂，2001(6):33 -35.Lucss等研究表明,饲粮添加适宜的铜提高了青年猪氮消化[3] KISKINEN MAKELA. Comnittee on Arimal Nurition, National Rsearch率和沉积率7-)。该试验结果表明,当铜添加量为210 ~council Nutrient Rauirement of Mink and Foxes[ M]. Scond Edition.Washinton ,D. C:National Nutient Academies Press ,1982:15 -31.249 mg/kg时,水貂的氮消化率、氮沉积率和生物学效价呈升] MERTIN D. Contents of some minerral elements in hair of silver foxes dur-高趋势,说明没有达到高铜水平。这与Braude等和Kirch-ingonon tognesis Scientifur[J]. Word Rev Anim Prod,2001 ,15(3):183 -gesner等的研究结果是--致的;当铜添加量为249~314[5] AULERICH R J,RINCER R K,BLEAVINS M R,t al. Efects d Supplemg/kg时,水貂的氮消化率氮沉积率和生物学效价呈下降趋mental Dietary Copper on Growth, Mink and the Acute Toxicity of Copper势,说明已经达到高铜水平,对水貂的胃蛋白酶产生了抑制to Mink Reproductive Perfomance and Kit Suvival of Suandard Dark[J].J Anim Sci ,2002 55337 -343.作用,进而降低了氮消化率、沉积率和生物学效价。该试验[6] BRAUDE R. Copper as a sinalnt in pigs fd[] World Rev AnimProd,1967 ,3:69 -82.结果表明，当铜添加量249 mg/kg时,氮消化率、沉积率和生[7]张丽英.饲料分析及饲料质量检测技术[M].北京:中国农业大学出版物学效价最高。社,2003.冷向军等研究表明添加适宜的铜能显著提高十二指肠[8] 赵丽，高街对等鸭生长的作用效果[1]，中国家高,207 2)2-2内容物脂肪酶活性]。该试验结果表明,当铜添加量为2109]王希春.吴金节,李义刚，等高铜对断奶仔猪生长性能及血清激素水平的影响[].动物医学进展200 ,26(8) :63 -67.~ 249 mg/kg时,水貂的脂肪代谢率呈升高趋势,说明没有达10]赵昕红,李德发,田福刚高锌和高铜对仔猪生长性能.免疫功能和抗氧化酶活性的影响[ ]].中国农业大学学报,1999 ,4(1):91 -96.到高铜水平。这与冷向军等的研究结果是相-致的， 当铜添[11] ZHOU W ,KORENGARY E T,VANLAR H. The role of feed consumption加量为249 ~314 mg/kg时,水貂的脂肪代谢率呈下降趋势,and feed eficiency in copper stimulated growth[J]. Anim Sci ,1994,72:23说明已经达到高铜水平,对水貂的脂肪酶产生了抑制作用，[12]刘国文,周昌芳,王哲,等日粮锕对猪生长性能及血清的影响[J].中进而影响了水貂的脂肪代谢率。该试验结果表明,当铜添加国曾医学报203(1):84 -87.[13] MILES R D,O'KEFE s F,HENRY P R. The efet of dietary supple量为249 mg/kg时脂肪代谢率最高。mention with copper sulfate or tribasic chloride copper chloride on broiler3.3不同铜水 平对水貂铜消化率的影响许梓荣等研究表performance ,relative copper bioavailability ,and dierary pooxidant activity[J]. Poultry Sience 1998.7(3);416 -425.明断奶仔猪对铜的消化率为10% ~ 25% [2]。该试验结果表[14] SMTH M s. Response d chicks to dietay supplements df opper eulphate明,86~ 146 d的水貂对铜的消化率为28. 09% ~ 46.09%,当[J]. British Poulty Science ,1969,10.97 - 108.铜添加量为249 mg/kg时铜消化率最高;高于上述结果,可能15]周文卿.李智.药理水平铜忝加剂对肉仔鸡的生长效应[C].第二届金国饲料营养学术研讨会论文集郑州:[出版者不详] ,995.88.是由于铜源不-致所造成的,或者是由于动物的种类不同,16] 张艳云,孙龙生.日粮中添加高剂量铜对肉仔鸡生长和肝、粪铜浓度的影响[ C]//动物营养论文研究集北京:中国农业大学出版社,水貂可能对铜的消化率更高,具体原因有待于进- -步研究。1996:133.86 ~ 146日龄水貂以蛋氨酸螯合铜为铜源,当基础日粮17] BRAUDE R. Copper晒a gowh stimulant in pigs. In Cuprum provito[M]. London:Trans Symp Copper Develop Ass , 1965 :55.中铜添加量为249 mgkg时,体增重最快,平均日增重最高为.18] LCSs I A,IVINGTONE R M, BOYNE A W. The early weaning of pig.(17.50土1.56)g/d,是高铜临界点。当铜添加量为210 ~ 2498. Copper sulfate as a gowth simulan[J].J Agric Se,1962 ,58:20.mg/kg且低于249 mg/kg时,可明显促进水貂的生长发育;而[19] zHOU W, KORNEGAY E T, LINDENMAN M D, et al. Stimulationgrowth by intravenous in jecion of copper in weanling pig[J].J Anim添加量为249 ~314 mg/kg且高于249 mg/kg时,可明显抑制Sei ,00,72:22 -95.[20]冷向军,王康宁.高铜对早期断奶仔猪消化酶活性、营养物质消化率水貂的生长发育。和肠道微生物的影响[J].饲料研究,2001(4) :28 -29.参考文献[21]许梓荣.周勃,王敏奇,等长期饲限高铜饲粮对猪生长的影响及其机[1]袁施彬,陈代文,苏振刚.生长肥育猪日粮铜添加水平与生产性能动态理探讨[J].浙江农业学报00012(2) :555 -60.关系的研究[J].四川农业大学学报,200 ,23(1):85 -88.(.上接第18617 页)养菌脱氨氮作用[J].微生物学通报206,33(1)94 -99.[4]傅雷鸣曝气膜生物反应器处理模拟生活污水研究[ D].南京:南京理8]袁泉.一体式膜生物反应器N/0工艺处理己内酰胺废水研究[D].上工大学,007.海:东华大学,000[S]阮红权,杨海真构造人工湿地技术及其应用[J].江苏环境科技,2004,[9]赵世芬生物接触氧化法对生活污水脱氮效果的试验研究[D].太原:17(3) :35 -37.6]宜亚红,王小江,白玉华,等垂直流入工湿地在处理回用城市生活小[10]赵艳.金辉人工湿地系统除磷研究动态[J].广州环境科学,2005,20(2):1-4.区污水中的应用[J]科技信息,2008(2) :52 -54.[7]比珈琦,范伟平,吴晟晏,等在无有机碳源和缺氧条件下自养菌和异中国煤化工MHCNM HG