水力负荷对垂直流人工湿地堵塞影响研究_熊佐芳

垂直潜流人工湿地充分利用了湿地的空间，发挥了系统间的协同作用，使污水处理能力得到大幅度提高，且占地面积相对其他类型人工湿地较小，因而在污水处理中已经得到了广泛应用[1]。该技术在实际应用过程中还存在一些瓶颈问题：湿地在设计建造的过程中基质种类及粒径的选择和级配；确定单位湿地面积的合理水力负荷，以有效降低湿地面积；进一步提高或保持湿地对污染物的去除效果；垂直流人工湿地易堵塞雍水[2]。人工湿地堵塞问题是其中的一个瓶颈。据美国环境保护署（USEPA）对100多个运行中的人工湿地调查发现，有将近50％在投入使用后的5a内出现了不同程度的堵塞[1]。影响垂直流人工湿地堵塞的因素尚未明确，需进行进一步研究。因而对影响堵塞的因素进行研究，对保证垂直流人工湿地持久稳定运行具有重要的现实意义。水力负荷是人工湿地设计运行中的重要参数，本研究探讨了其对垂直流人工湿地基质堵塞的影响，为有效预防人工湿地基质堵塞提供理论参考。1材料与方法1.1模拟装置采用的模拟试验装置规格为准0.2m×1m的PVC管，其基本结构如图1所示。装置内填料高度为0.9m，至上而下填充的依次是0.2m厚的土壤、0.2m厚的煤渣、0.25m厚的细沙、0.25m厚的鹅卵石。装置表面设布水系统、底部设排水管。基质内设1根准0.16m、周围穿有圆形小孔的空气管。装置的侧身设置4个取样口从上到下依次编号为a、b、c、d，位置分别距反应器顶端为0.15、0.40、0.65、0.90m处。装置内种植挺水植物。填充的土壤为当地粘性原土，粒径为0～5mm，渗透系数为0.0643mm·s-1；水力负荷对垂直流人工湿地堵塞影响研究熊佐芳1，周云新2，冼萍1，陈伟强1，伍琪1（1.广西大学环境学院，广西南宁530004；2.南宁市环境保护局，广西南宁530022）摘要：采用基质孔隙率的变化和堵塞物的定量化分析方法研究了0.3、0.6、0.9、1.2m3·m-2·d-14个水力负荷对垂直流人工湿地基质堵塞的影响，同时分析了人工湿地去除污染物的能力随运行时间的变化情况。结果表明，水力负荷对人工湿地基质堵塞有较大影响，在水力负荷小于0.3m3·m-2·d-1时不易发生堵塞；基质中累积物的含量随着基质深度的增加而减小，其中无机物的积累比有机物的积累高出4.5倍以上；基质的堵塞对COD的去除效果影响不明显，但对氨氮的去除效果影响较大。随着基质堵塞程度的加剧，氨氮的去除率逐渐下降。应结合考虑基质堵塞和污染物去除效果2方面因素来选择垂直流人工湿地的水力负荷条件，以确保人工湿地持久稳定的运行。关键词：垂直流人工湿地；堵塞；水力负荷；孔隙率中图分类号：X703.1文献标识码：A文章编号：1000-3770(2011)07-00234-004收稿日期：2010-10-09作者简介：熊佐芳（1985－），女，硕士研究生，研究方向为清洁生产与水污染控制；联系电话：13481102827；E-mail：xzf2611073@163.com联系作者：冼萍；联系电话：13877163557；E-mail：xianping@gxu.edu.cn图1垂直流人工湿地系统Fig.1Schematicofvertical-flowconstructedwetlandsystem第37卷第7期2011年7月水处理技术TECHNOLOGYOFWATERTREATMENTVol.37No.7Jul.,201134DOI:10.16796/j.cnki.1000-3770.2011.07.009反应器内煤渣为锅炉煤渣，粒径为0～8mm，渗透系数为0.523mm·s-1；细沙和鹅卵石均为建筑用，粒径分别为0～4和1～15mm，渗透系数分别为0.827和631mm·s-1。1.2试验用水试验用水取自广西大学教工宿舍区污水干管窨井。污水取回静置8h，去除表面浮渣及沉淀物后备用，平均pH为7.69、COD为147.7mg·L-1、NH4+-N的质量浓度为68.59mg·L-1。1.3试验过程设置水力负荷依次为0.3、0.6、0.9、1.2m3·m-2·d-1，连续进水。试验中，空气管的两端封闭，污水从高位槽经水分布器均匀进入装置表面，经过一定的时间渗透后，经处理的水从底部出水管流出。对进出水的pH、COD和NH4+-N含量进行分析，同时每5d测1次基质孔隙率以及试验前后测定基质有机物的含量。1.4分析方法试验中，pH的检测采用玻璃电极法，COD采用重铬酸钾法、NH4+-N采用纳氏试剂分光光度法[3]。孔隙率通过滤料饱和和放空时的水量体积进行测定：将反应器通入水，基质吸水达到饱和后，量取充满水（水面刚好没到基质表面）时的填料高度h，测定试验柱子的内径为D，再把水放空，测得放出水的体积V，通过以下公式算出孔隙率A[4]：A=4V/(πD2h)。有机质质量测定