人工湿地中不同因素处理氮磷效果的试验研究

江苏农业科学2008年第5期人工湿地中不同因素处理氮磷效果的试验研究陈娟，丁为民，张迎颖(南京农业大学工学院，江苏南京210031)摘要：以模拟垂直流人工湿地为研究对象，采用正交试验法研究了基质比例、进水流量、湿干比三因素对污水中总氮(TN)、总磷(rrP)的去除效果，以寻求优化的因素组合，并对试验结果进行了验证。结果表明，基质比例、进水流量、湿干比对污水中TN、TP的处理效果均有极显著影响，其中基质(蜂窝煤渣：蛭石)比例为1：2、进水流量为28．8L／d、湿干比为l：5时，对TN、TP的去除效果最好。关键词：因素；人工湿地；氮去除；磷去除中图分类号：X171文献标志码：A文章编号：1002—1302(2008)05—0290—03人工湿地是依据土地处理系统及水生植物处理污水的原理，由人工建立的具有湿地性质的污水处理生态系统¨j。由于其投资少、能耗低、对氮磷处理效果好，从20世纪7O年代以来得到了人们广泛的关注J。人工湿地主要由基质、植物以及微生物构成，其中基质作为人工湿地中重要的组成部分，对污水中氮素和磷素的去除起着举足轻重的作用。大量研究证明，基质作用是人工湿地重要的氮磷去除途径之一。然而人工湿地在处理污水中氮磷时受到很多因素的影响，如基质种类、水力负荷、进水浓度、湿干比等。本试验以模拟垂直流人工湿地为研究对象，采用正交试验法研究了蜂窝煤渣和蛭石两种基质在组合比例、进水流量、湿干比三因素影响下对生活污水中总氮(TN)、总磷(TP)的处理效果。1材料与方法1．1人工湿地结构1．1．1人工湿地的构建垂直流人工湿地以塑料水桶(上部直径23(2m，下部直径19cm，桶高21．5cm)为主体装置。进水管为一段长为50cm的医用输液管，布水管采用一段长为20cm带孔乳胶管，二者以三通管相连，布水管呈圆形布置在基质表面，保证布水均匀。沿桶壁垂直插入一直径为1．5cm、长度为22cm的PVC管；出水管为一段长为50cm的收稿日期：2008—03—14作者简介：陈娟(198O一)，女，江苏泰州人，硕士研究生，从事人工湿地污水处理研究。E—mail：chenjuan122615@163．tom。通讯作者：丁为民(1957一)，男，安徽合肥人，教授，博士生导师，从事农业生物环境工程研究。医用输液管，一端沿PVC管管壁插入桶底，另一端通到桶外，以连接在输液管上的滴水控制开关控制进、出水流量。1．1．2基质所用基质为蜂窝煤渣和蛭石，粒径为0．8～1．5cm，其中蜂窝煤渣取自南京农业大学附近饭店，蛭石购自河北省灵寿市汇鑫矿业加工厂。在l～3号桶中填充体积比(蜂窝煤渣：蛭石)为1：1的蜂窝煤渣和蛭石，厚度为16cm；4—6号桶中填充比例为1：2的蜂窝煤渣和蛭石，厚度为16cm；7—9号桶中填充比例为2：1的蜂窝煤渣和蛭石，厚度为16cm。上层为蛭石，下层为蜂窝煤渣。1．2试验设计及人工湿地的运行本试验采用正交试验的设计方法，设计为三因素三水平。三因素为基质比例、湿干比和进水流量。三水平为：基质(蜂窝煤渣：蛭石)比例分别为1：1、1：2和2：1；湿干比分别为1：1(连续配水12h)、l：2(连续配水8h)和1：5(连续配水4h)；进水流量分别为28．8L／d、57．6L／d和86．4L／d。由于基质比例、湿干比、进水流量之间无交互作用，所以采用无交互作用的正交表进行试验设计，正交试验表如表1所示。试验每天运行一次，每次试验均取3个样，分析进水和出水水质。试验自2007年7月2213起至2007年7月2813止。1．3供试污水特性供试污水由人工配制而成。投加NH4C1、KHPO于自来水中配成中等浓度的人工污水，TN为25．89～36．31mg／L，TP为3．87—4．13mg／Lo1．4分析方法及数据统计方法总氮测定：采用碱性过硫酸钾消解紫外分光光度法；总磷测定：采用钼酸铵分光光度法。数据统计陈娟等：人工湿地中不同因素处理氮磷效果的试验研究一291一表1正交试验因子及水平采用SPSS13．0进行多因子方差分析及多重比较。2结果与分析经SPSS13．0多因子方差分析表明：基质比例、湿干比、进水流量三者之间无交互作用，其极差分析、方差分析以及多重比较结果分析如下。2．1极差分析对试验数据进行极差分析。通过极差分析能够确定各因子对指标影响程度的大小，并选出最好的试验条件。极差分析结果如表2所示。表2中表示各列中同一水平对应的试验指标结果之和，如基质比例这一列中的表示基质比例取1水平时，氮(或磷)的去除率之和。通过比较的平均值大小可看出因子水平的好坏，平均值最大的，则该水平最好[9。由表2可知，使TN、rrP去除率均达到最大的条件是：基质比例为1：2，湿干比为1：5，进水流量为28．8L／d。表2中表示极差，极差指各列水平对应的试验指标平均值的最大值与最小值之差，