不同季节潜流与表流人工湿地氨氮去除动力学对比研究_修海峰

2011年第08期（总第258期）吉林农业JILINAGRICULTURENO.08，2011（CumulativetyNO.258）70JILINAGRICULTURE不同季节潜流与表流人工湿地氨氮去除动力学对比研究修海峰（广东高丰农业工程勘测设计有限公司，广东惠州516027）摘要：研究了一个由自由表面流和水平潜流二级组合串联工艺处理污染河水，应用一级动力学模型，考察在恒定水力负荷的条件下温度及污染负荷对氨氮去除速率的影响。研究结果表明：系统对氨氮去除速率与温度呈正相关，四个串联湿地系统单元体积去除速率常数KV20分别为1.135、1.939、1.686及2.682，潜流湿地单元Kv20值高于自由表面流。在潜流单元温度系数θ值最高可到达1.187，然而氨氮的去除效率与温度呈负相关，主要原因在于进水氨氮负荷随季节周期变化的缘故,季节变化直接影响着系统的进水温度及进水氨氮负荷，进而决定了湿地系统对氨氮的去除速率。关键词：人工湿地；氨氮；季节影响；负荷率；温度中图分类号：X703.1文献标识码：A文章编号：1674-0432（2011）-08-0070-31概述人工湿地是19世纪70年代出现的新型污水处理技术，具有投资低、操作和维护简单、生态友好等优点，在生活污水、工业废水、农田废水、河流污染治理等应用广泛，特别在处理村镇污水中具有显著优势，是政府、环保专家和受服务者一致推崇的技术。但这种系统脱氮规律认知尚存在盲点，不同类型人工湿地、不同条件下对总氮去除效果迥异，去除率20-80%不等（北美数据库关于湿地系统统计信息（USEPA，1993）），严重制约了其应用。植物及其根系微生物是人工湿地除污染的重要执行者，其生长受季节影响严重，相应地，季节对人工湿地系统除氮效果也显现出一定影响，明确不同季节人工湿地系统除氮规律对其管理优化具有重要意义。目前关于季节对人工湿地去除NO2--N,NO3--N,NH4+-N,TN速率的影响均有报道[1-4]，结合前人研究成果和课题组前期研究结果，本文拟从水温和污染负荷率这两个关键季节影响因素出发，分析表流人工湿地和潜流人工湿地串联工艺对NH4-N的去除动力学受季节影响的规律，为明确人工湿地系统除氮规律提供支持，为北方地区人工湿地常年稳定运行管理提供借鉴。2材料与方法2.1人工湿地系统试验系统由两个自由表面流（FWS）和两个潜流型单元（SSF）间接串联组成，如图1所示，1#表面流单元长15m，宽15m，高1.0m；3#表面流单元长30m、宽15m、高1.0m；两个潜流型单元均长30m、宽15m、高1.5m，基质厚度1.0m，水面距基质表面0.15m。图1人工湿地系统的工艺流程图Fig.1Schematicdiagramoftheconstructedwetlandsystem.在自由表面流湿地(FWS)及潜流湿地（SSF）分别种植水葫芦、大瓢和芦苇植物，芦苇最初种植密度为2株/m2，经过几个月运行之后，已经长成了60株/m2。表1原水水质指标Table1Rawwaterqualityindicators2.2系统的运行操作本文通过连续监测了一年期各湿地单元进出水指标，进水温度变化范围为0.4-26℃，进水污染物组分随着河水流速及流量成季节性周期变化，本次的研究目的主要是评价人工湿地在北方地区氨氮的去除效率随季节性的变化规律，同时研究与季节相关参数温度和进水污染物负荷率等之间的关系对氨氮的去除效果的影响，为人工湿地在中国北方地区的推广提供支持。系统首先由原水泵将水抽至原水箱，再由进水泵及流量计控制进水流量，保证湿地内的水力负荷率（HLR）在一个常数值，由于1#FWS与其他单元湿地面积不同，在1#FWS的HLR为1.62m/d,其他单元为1.51m/d两个不同值，在FWS里我们假设内部植物及挂膜体积相对于整个湿地对流量影响甚微，可以忽略不计,因此1#及3#FWS里HRT分别为7.81和15.62h,再加上在2#及4#SSF里的停留时间分别为3.85h，因此在人工湿地内的总停留时间为36.13h，进水通过FWS之后再由重力作用进入到SSF里，最后从砂率池出水直接排入河流。2.3分析方法每周取水样一次，分析指标包括氨氮、PH、DO、CODmn、Temp等，采用《水和废水监测分析方法》（第四版）中的标准方法分析各水质指标。2.4反应速率和温度系数的计算通常来说，基质的降解服从一级反应动力学为基础，生物反应过程经常用一级动力学反应来描述[5]，在研究过程中以污染物各组分每月的平均值作为基础来研究反应速率及温度系数。一级动力学模型通常的表达方式为(1)(2)水质指标水温℃氨氮mg/L硝态氮mg/L总氮mg/LBOD5mg/LDOPH均值11.046.593.1110.687.753.48.3范围0.8-260.05