水位对复合基质垂直流人工湿地净化效果的影响

第４６卷第８期２０１６年８月中国海洋大学学报ＰＥＲＩＯＤＩＣＡＬＯＦＯＣＥＡＮＵＮＩＶＥＲＳＩＴＹＯＦＣＨＩＮＡ４６（８）：１１６～１２１Ａｕｇ．，２０１６水位对复合基质垂直流人工湿地净化效果的影响梁家成１，王福浩２，赵林婷１，佘宗莲１（１．中国海洋大学环境科学与工程学院海洋环境与生态教育部重点实验室，山东青岛２６６１００；２．青岛水务环境公司，山东青岛２６６０２１）摘要：为了研究水位变化对垂直流人工湿地净化效果的影响，２个填充复合基质的湿地同步运行。湿地上层均为厚３５ｃｍ、粒径５～１０ｍｍ的炉渣；中层为厚度３５ｃｍ的砾石，粒径分别为１０～２０（湿地１）和５～１０ｍｍ（湿地２）；底层均铺设厚１５ｃｍ、粒径５０～１００ｍｍ的粗砾石作为支撑层；湿地表面种植黄花鸢尾。研究期间２个湿地均为连续进水，设置６个运行水位：８５、６６、５１、３６、１９和２ｃｍ。结果表明，２个湿地系统对ＣＯＤ、ＮＨ＋４－Ｎ、ＴＮ和ＴＰ的去除率分别为：５０．５％～８１．１％、３４．１％～８４．６％、２９．１％～７５．７％和４９．１％～８４．６％。统计分析表明，水位对污水中有机物及氮的去除有显著影响（Ｐ＜０．０５），３６ｃｍ水位时ＴＮ去除率最高，湿地１和湿地２分别达到６８．８％和７５．７％；８５ｃｍ水位时ＮＯ－３－Ｎ去除率最高，湿地１和湿地２分别为９５．５％和９６．６％；２ｃｍ水位时ＣＯＤ和ＮＨ＋４－Ｎ的去除率最高，湿地１分别为７５．９％和８１．１％，湿地２分别达到７９．４％和８４．６％。以上结果表明，通过改变垂直流人工湿地的水位可以有效地改变污染物的去除效果。湿地２对磷的净化效果显著高于湿地１（Ｐ＜０．０５）。关键词：垂直流人工湿地；水位；复合基质；饱和区中图法分类号：Ｘ５２３文献标志码：Ａ文章编号：１６７２－５１７４（２０１６）０８－１１６－０６ＤＯＩ：１０．１６４４１／ｊ．ｃｎｋｉ．ｈｄｘｂ．２０１５０３７８引用格式：梁家成，王福浩，赵林婷，等．水位对复合基质垂直流人工湿地净化效果的影响［Ｊ］．中国海洋大学学报（自然科学版），２０１６，４６（８）：１１６－１２１．ＬＩＡＮＧＪｉａ－Ｃｈｅｎｇ，ＷＡＮＧＦｕ－Ｈａｏ，ＺＨＡＯＬｉｎ－Ｔｉｎｇ，ｅｔａｌ．Ｅｆｆｅｃｔｏｆｗａｔｅｒｌｅｖｅｌｏｎｔｈｅｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｏｆｖｅｒｔｉｃａｌｆｌｏｗｃｏｎ－ｓｔｒｕｃｔｅｄｗｅｔｌａｎｄｓｆｉｌｌｅｄｗｉｔｈｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓｕｂｓｔｒａｔｅ［Ｊ］．ＰｅｒｉｏｄｉｃａｌｏｆＯｃｅａｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＣｈｉｎａ，２０１６，４６（８）：１１６－１２１．基金项目：国家水体污染控制与治理科技重大专项（２０１４ＺＸ０７２０３－００８）资助ＳｕｐｐｏｒｔｅｄｂｙｔｈｅＳｐｅｃｉａｌＧｒａｎｄＮａｔｉｏｎａｌＳｃｉｅｎｃｅ＆ＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＰｒｏｊｅｃｔｏｆＣｈｉｎａｆｏｒＷａｔｅｒＰｏｌｌｕｔｉｏｎＣｏｎｔｒｏｌａｎｄＴｒｅａｔｍｅｎｔ（２０１４ＺＸ０７２０３－００８）收稿日期：２０１５－１１－０２；修订日期：２０１５－１２－２２作者简介：梁家成（１９８９－），男，硕士生。研究方向为水污染控制。Ｅ－ｍａｉｌ：ｌｉａｎｇｊｉａｃｈｅｎｇ２０１０＠１６３．ｃｏｍ通讯作者：Ｅ－ｍａｉｌ：ｓｚｌｓｚｌ＠ｏｕｃ．ｅｄｕ．ｃｎ人工湿地技术具有工程造价低、运行管理简便等优点，是一种应用前景广阔的污水生物处理方法［１］。依据布水、集水和湿地内污水流经方式的不同，人工湿地分为表面流、水平潜流和垂直流３种类型［２］。表面流人工湿地占地面积较大，水力负荷较小，污染物去除能力较低［３］。垂直流湿地多采用间歇运行方式，污水经配水系统均匀分布在湿地表面，水流垂直向下流经填料到达床底，系统内部水流方向与植物根系层垂直，氧气通过大气扩散和植物传输进入湿地。与水平潜流人工湿地相比，垂直流湿地床体内供氧能力更强［４］，具有相对较高的ＣＯＤ和ＮＨ＋４－Ｎ去除率［５］，但反硝化能力较差，硝酸盐去除率较低。人工湿地内溶解氧含量和分布对氮的硝化、反硝化及生物的吸收同化有较大的影响［６］，因而，改善湿地内溶解氧的分布，创造硝化、反硝化反应各自所需要的环境条件是提高湿地脱氮效果的有效手段。部分饱和垂直流人工湿地包括下层饱和区（水位界面至湿地床床底的区域）和上层非饱和区（填料表面至水位界面的区域），通常非饱和区为好氧环境，饱和区为缺氧或厌氧环境，这为在一个湿地单元内实现连续硝化反应和反硝化反应提供了有利条件［７］；针对进水水质特征，通过改变水位可以控制饱和区和非饱和区的深度，调整好氧区和厌氧区的分布［８］，从而实现高效硝化和反硝化。到目前为止，关于水位变化对垂直流湿地处理功能影响的研究尚未见报道，因此，本研究利用实验室规模的垂直流人工湿地，采用连续进水的方式，研究水位变化对有机物和氮去除效果的影响，