人工复合生态床处理低浓度农村污水_刘超翔

222006.17.JSKJ特别关注TheSpecialFocus·第五届世界水大会近年随着流域点源污染控制工程的实施，面源氮、磷入湖量占流入滇池总量的比例已超过50%，因此控制面源污染已成为解决滇池富营养化的关键。根据对滇池某示范控制区的调查，其地表径流、水土流失、固体废物和村镇生活污水是主要面污染源，而河道和沟渠是污染物的最终入湖途径，为此研究、我们开发了一种适合于该地区的新型人工湿地系统即人工复合生态床系统。该系统是在人工湿地的基础上选择最佳的植物栽种方式，并在床体内部填充多孔的、有较大比表面积的介质以改善湿地的水力学性能，为微生物提供更大的附着面积，同时增强系统对污染物(尤其是氮、磷)的去除能力。人工复合生态床作为湿地系统的一种，具有工艺简单、运行管理方便、生态环境效益显著、投资少等优点，适合于村镇生活污水的处理。根据调查，在滇池地区农村生活污水与排灌水相混合的现象十分普遍，因此农村生活污水汇集出口处因受农田排灌水的影响，污水浓度低、流量大。对于潜流式湿地，若按常规的水力负荷(一般为2～15cm/d)设计要占很大的面积，因此如何提高系统负荷、减少占地面积成为人工复合生态床研究的重点。试验装置试验系统设在滇池流域某一示范控制区，共有4个单元床体，结构如图1所示。人工复合生态床处理低浓度农村污水□清华大学环境科学与工程系刘超翔胡洪营张健首先，污水自流进入调节池，然后通过PVC管送入各个单元床体。人工复合生态床水流为潜流式，每个床体宽为1m、长为6m、床深为0.7m、坡度为1%。床体底部铺设10cm厚的碎石(直径为2～4cm)层，中部为40cm厚的炉渣层，上部为10cm厚的土壤层，污水在床体内部水平流动。布水区和集水区的宽度均为40cm，内部分别填充直径为2～5cm的卵石，集水区底部安装一根多孔集水管，且与外部一根出水高度可调的竖管相联接。经测定床体平均孔隙率为50%，填充炉渣的水力传导系数为3.47×10-3mm/s。为了比较不同水生植物的处理效果，在各单元床体种植了不同的植物(具体布置见表1)，其中1号床为空白对照。植物栽培试验选用滇池流域常见的水生植物：芦苇、茭白和菖蒲。2001年2月底在滇池附近的沼泽地选择20cm×20cm×40cm(长×宽×高)的带土芽尖并将其移植到各单元床体(种植密度见表1)，栽完后立即充水并使根部浸泡在水中，半个月后开始进污水。试验条件试验所用污水来自该示范控制区某沟渠的下游段(该沟渠的水流经农田和村镇，最后进入滇池)，以生活污水为主，混有一部分农田排灌水及雨水，其特点是污染物浓度低于生活污水，但水量很大。系统运行期间的进水水质见表2，运行条件见表3。试验过程中参照国家环保局的推荐方法分析COD、TN、氨氮和TP等水质指标(每周1～2次)。表1各单元床体的植物布置方式4号前1/3段为芦苇，后2/3段为菖蒲芦苇：16，菖蒲：20项目植物种类种植密度(株/m2)1号无2号芦苇163号前1/3段为芦苇，后2/3段为茭白芦苇：16，茭白：12表2污水水质表3运行条件COD(mg/L)50～80TN(mg/L)2～8氨氮(mg/L)2～4TP(mg/L)0.5～1.0DO(mg/L)5～1.0pH0.7～8.0水力负(cm/d)30COD负荷[g/(m2·d)]21.6TN负荷[g/(m2·d)]1.97TP负荷[g/(m2·d)]0.21停留时间(d)1对污染物的去除效果湿地系统中具有沉降性的有机物通过沉积和过滤可很快被去除，可溶性有机物主要通过微生物的降解而去除，氮则是通过硝化与反硝化反应及水生植物的吸收而被去除，而磷的去除主要靠沉淀、吸附及水生植物的吸收。值得指出的是复合生态床中的植物长势非常良好，在4个月内芦苇、茭白和菖蒲分别由0.4m长高到2.0、2.5和1.2m，而且枝叶繁密，生长速度明显高于天然环境中的植株。从结果可以看出，2、3号床对污染物的去除效果较好，1号空白床的去除效率最低。这是因为水生植物都有通过水面上的枝叶从大气图1人工复合生态床结构DOI:10.16116/j.cnki.jskj.2006.17.008232006.17.JSKJ·TheSpecialFocus·中吸收和输送氧气的能力，它们把氧气送到根部的气体导管，所以与根或茎直接接触的土壤会呈好氧状态，其他部位的土壤则呈厌氧状态，这为土壤中各种不同微生物提供了适宜的环境，从而促进污染物的降解；而空白湿地上无植物生长且长期被淹没，土壤几乎都呈厌氧状态，不利于多种微生物的生长。另外污水处理系统中的植物被认为是一个营养贮存库，植物吸收营养维持生长和繁殖(这些营养物基本来自污水中的有机物、氮和磷)，植物生长得越快则污染物减少得越多。植物栽种方式的比较复合生态床中除2号床全部种植芦苇以外，其他均采用混种方式。从结果可知，3号床除污效