潜流人工湿地除氮正交试验研究_王全金

由于湖泊、水库以及海湾水域控制富营养化的需要，具有脱氮功能的硝化反硝化生物处理工艺显得越来越重要。人工湿地作为废水处理的一种设施，可有效去除废水中的各种污染物质，特别是脱氮效果较好，在国内外得到广泛应用[1]。人工湿地对污染物的降解效果受多种因素影响，如：水力负荷、流程、碳氮比、pH、植物、填料、温度等[2-4]。湿地运行参数的选择和控制直接影响湿地除氮效果，因此明确各因素对湿地除氮效果的影响的显著性，确定最佳运行条件，进而有针对性地提出强化除氮措施，具有重要意义。正交试验设计是一种高效率、快速、经济的试验设计方法。因而正交试验设计在很多领域的研究中已经得到广泛应用。SPSS13.0软件[5]处理正交试验数据便捷、准确。为此，选择了香根草、芦竹、灯心草植物构建的潜流人工湿地试验系统开展除氮的正交试验设计研究，重点研究分析pH、水力负荷、碳氮比、植物等4个因素对氮去除率影响，采用SPSS13.0软件对正交试验结果进行方差分析，确定各因素显著性大小以及优选条件，以期为实际工程中提高脱氮效果提供依据与参考。1试验部分1.1正交试验设计影响潜流人工湿地除氮效果的因素较多，主要为水力负荷、植物、碳氮比、pH等[6-11]，试验采用这4个指标为研究因素。各因素均取3个水平，见表1。1.2试验装置试验在华东交通大学潜流人工湿地试验基地开展。潜流人工湿地共3组，分别种植香根草、芦竹、灯心草。每组床体尺寸为5.0m×1.0m×0.55m，坡度为2%，污水沿水平方向流经湿地床，处理后的废水通过UPVC板多孔墙均匀出水，床体填料为粒径3～5mm的砾石。1.3试验水质及检测方法试验用水采用人工配水，由葡萄糖、碳酸氢钠和尿素等主要物质配成，其中氨氮质量浓度为25mg·L-1，总氮质量浓度40mg·L-1，其它参数见表1。试验过程中，水质检测项目：COD：微波密闭消解法；总氮：过硫酸钾氧化-紫外分光光度法；氨氮：钠氏试剂分光光度法；pH：pH电位计。测试前先运行3个月，让植物生长，处理床挂表1正交试验因素水平Tab.1Factorlevelsoforthogonaltest水平pHA水力负荷B/mm·d-1碳氮比C植物D1235.07.59.5333006003815香根草芦竹灯心草潜流人工湿地除氮正交试验研究王全金，周世超，李芳，李丽（华东交通大学土木建筑工程学院，江西南昌330013）摘要：以潜流人工湿地除氮效果为考察指标，采用正交试验法研究了水力负荷、pH、碳氮比、湿地植物等4个因数对考察指标影响的显著性及优选条件，并利用SPSS13.0软件对正交试验结果进行方差分析。结果表明，pH、水力负荷、碳氮比对潜流人工湿地氨氮和总氮去除率的影响显著，各因素对潜流人工湿地总氮和氨氮去除率的影响程度由大到小顺序为：水力负荷、碳氮比＞pH＞湿地植物。潜流人工湿地总氮去除效率最高的条件为：pH为7.5，水力负荷为33mm·d-1，碳氮比15，湿地植物为芦竹。氨氮去除效率最高的条件为：pH为7.5，水力负荷为33mm·d-1，碳氮比15，植物为香根草。从工程技术经济的角度出发，采用pH为7.5，水力负荷为300mm·d-1，碳氮比大于3，湿地植物为香根草或芦竹，也可取得较好的除氮效果。关键词：潜流人工湿地；除氮；正交试验；碳氮比；水力负荷中图分类号：X703.1文献标识码：A文章编号：1000-0770(2010)12-0047-003收稿日期：2010-03-12基金项目：国家“十一五”科技支撑计划重点课题（2008BAD96B04）；江西省自然科学项目（2007GZC0843）作者简介：王全金（1956－），女，教授，研究方向为水污染控制；联系电话：0791-7046559；E-mail：jdxb1@ecjtu.jx.cn第36卷第12期2010年12月水处理技术TECHNOLOGYOFWATERTREATMENTVol.36No.12Dec.,201047DOI:10.16796/j.cnki.1000-3770.2010.12.014膜。系统调试稳定后开始进行试验。2结果与讨论2.1正交试验用L9(34)正交试验研究各种因素对氮去除效率的影响，正交试验结果见表2；采用SPSS13.0软件对正交试验结果进行方差分析。计算结果见表3和表4。由表3可知，因素B、C的显著值均小于0.01，说明对总氮去除率的影响极其显著，因素A的显著值0.01＜sig.＜0.05，影响较明显，D对总氮的显著值大于0.05，表明影响不明显。各因素对潜流人工湿地总氮去除率的影响程度由大到小顺序为：B、C＞A＞D。由表4可知，因素A、B、C的显著值均小于0.01，说明对氨氮去除率的影响极其显著，因素D显著值大于0.05，表明本研究的3种植物对氨氮去除率的影响不明显。各因素对潜流人工湿地氨氮