水力负荷对潜流湿地净化效果和氧环境的影响_王鹏

人工湿地（ConstructedWetland，CW）是上世纪70年代以来迅速发展起来的污水生态处理技术，它利用基质、植物和微生物组成的复合生态系统的物理、化学和生物作用实现对污水的净化。CW具有投资和运行成本低、处理效果好、景观效果佳、便于分散建设和管理等优点，尤其适合我国广大农村和中小城镇的污水处理现状[1-3]。在应用中，CW构型确定和植物、基质类型等筛选完成后，水力负荷（HLR）对净化效果和氧环境的影响将会变得明显，通过对HLR的优化能极大地促进污水净化效果的提高。因为不同的HLR会影响到CW内部污染物的运移和氧环境，而氧环境又是微生物活动以及有机物降解和营养盐转化的重要影响因素，直接关系着污水净化效果。因此，研究HLR对CW净化效果和氧环境的影响具有实践的指导意义。鉴于此，以芦苇水平潜流人工湿地系统作为研究对象，在一定范围内分析不同HLR对NH4+-N、NO3--N、TN、TP和COD净化效果的影响；同时探寻不同HLR下湿地中溶解氧（DO）的时空变化规律及变化原因，为深入研究湿地的净化机理和湿地的优化设计提供理论参考。1材料和方法1.1试验装置试验装置如图1所示。系统长×宽×高为1.2m×0.3m×0.7m，底面坡度为1%，池体为聚氯乙烯（PVC）板，无需防渗处理。芦苇种植密度为20～25株·m-2。系统分为配水区、处理区、集水区。配水区长水力负荷对潜流湿地净化效果和氧环境的影响王鹏1，董仁杰2，吴树彪1，刘平3，庞昌乐2（1.中国农业大学农业部设施农业生物环境工程重点开放实验室，北京100083；2.中国农业大学工学院，北京100083；3.中国科学院生态环境研究中心，北京100083）摘要：以芦苇水平潜流人工湿地系统作为研究对象，研究水力负荷（HLR）的变化对湿地净化效果和氧分布的影响。结果表明，随着HLR由454下降至91mm·d-1，湿地对NH4+-N、NO3--N、TN、TP、COD的净化能力分别提高了约约35、8、20、25和20个百分点。运行期间，湿地水体溶解氧（DO）在水平方向上从前至后呈下降趋势，在垂直方向上，水体DO上层要高于下层。随着HLR的降低，湿地水体DO水平方向和垂直方向上的差异有缩小之势。同时湿地床层的DO含量随着HLR的下降呈现出升高态势，且湿地床上层的DO波动变化较明显。研究发现，湿地床的耗氧过程和复氧过程能同步协调进行，当污染物降解的耗氧速率大于湿地系统的复氧速率时，会出现湿地水体DO不升而降的现象。关键词：水平潜流人工湿地；水力负荷；净水效果；溶解氧中图分类号：X703.1文献标识码：A文章编号：收稿日期：2009-03-11基金项目：天津市科技创新专项资金项目（06FZZDSH00900）；中国科学院支持天津滨海新区建设科技行动计划项目（TJZX1-YW-03）作者简介：王鹏（1985－），女，硕士研究生，研究方向为人工湿地污水处理技术；联系电话：15801418213；E-mail：wpfighting@163.com联系作者：董仁杰，博士，教授；联系电话：010-62736769；E-mail：rjdong@cau.edu.cn图1试验湿地构造及其取样点分布（●为采样点）Fig.1Schematicdiagramofwetlandandsamplingspotsdistribution第35卷第12期2009年12月水处理技术TECHNOLOGYOFWATERTREATMENTVol.35No.12Dec.,200948DOI:10.16796/j.cnki.1000-3770.2009.12.0140.1m，以穿孔板与处理区分隔，以保证配水均匀，区内铺设粒径在40mm左右的砾石，抑制污水短流使其得到均匀分配，同时可对污水起到初步过滤作用，防止湿地内部堵塞。处理区长1.0m，填料为0.45m厚的细小砾石（粒径10～30mm），表层覆土厚0.15m。处理区的侧面布设8个采样点。集水区长0.1m，铺设粒径为40mm左右的砾石，底部设有集水管，并同样以穿孔板分隔集水区和处理区，以防止短流。出水高度设在0.4m高度处。1.2进水水质为稳定进水水质，系统进水采用模拟农村生活污水的人工配水[4-5]。各进水水质指标值见表1。1.3系统的启动和运行湿地系统于2008年6月10日填砾石覆土并栽种植物，测得系统的平均孔隙率为37.9%。系统先以间歇投配污水的方式进行挂膜，历时2个月。之后人工污水通过蠕动泵连续流入装置，调节泵的转速控制进水流量而得不同的HLR，出水自然溢流。运行期间植物生长状况良好，气温在10～31℃变化。系统的运行参数见表2。1.4取样及测定配水区、集水区均设1个采样点分别作为进、出水取样口。处理区设8个采样点，并分2层布设，分别位于10、40cm高度的床层，在同一床层沿水