基质对人工湿地脱氮除磷效果影响研究

第28卷第5期Vol.28NO．5重庆工商大学学报(自然科学版)JChongqingTechnolBusinessUniv.(NatSciEd)2011年10月Oct.2011文章编号:1672－058X(2011)05－0543－04基质对人工湿地脱氮除磷效果影响研究*王晓雪1，李杰2，钟成华1，刘洁1，夏晓芳1(1．重庆工商大学环境与生物工程学院，重庆400067;2．重庆市南岸区环境监测站，重庆400060)收稿日期:2010－03－05;修回日期:2010－09－25．*基金项目:重庆市科技攻关计划项目资助(CSTC，2009AD7204)．作者简介:王晓雪(1984－)，女，河北张家口人，硕士研究生，从事水污染控制研究．通讯作者:钟成华(1960－)，男，四川乐山人，教授，从事水污染防治理论与技术研究．摘要:构建了粉煤灰+石灰石混合基质床人工湿地处理养殖废水，并与石灰石单一基质床相比较，结果表明，粉煤灰是一种磷吸附能力很强的基质，在人工湿地中填充粉煤灰和石灰石组成的混合基质可以明显提高磷去除效率，而且粉煤灰还可以作为碱源供应碱而有利于氮的去除;磷素在人工湿地中的主要去除机理是基质吸附，因此加大基质填充深度增加基质填充量可以明显提高磷的去除;而氨氮的主要去除机理为硝化/反硝化反应，湿地内部溶解氧是限制其去除的关键因素，因此增加基质填充高度虽然能增强反硝化作用，但不能增加复氧而强化硝化作用，故对氨氮的去除影响很小。关键词:混合基质;人工湿地;脱氮除磷中图分类号:O599文献标志码:A人工湿地(constructedwetlands)指为了人类的利用和利益，通过模拟自然湿地，人为设计与建造的由饱和基质、挺水与沉水植被、动物和水体组成的复合体［1］。人工湿地作为完整的生态系统，主要包括基质、植物、微生物和水体四要素。其中人工湿地中基质又被称为填料，基质不但为植物及微生物生长提供了重要的生长场所，同时对污染物尤其是磷的去除起着重要的作用［2］。因此，根据理化特性选择合适的基质材料构建人工湿地，是提高湿地脱氮除磷效果的重要措施。研究以粉煤灰+石灰石混合基质为研究对象，研究了对人工湿地脱氮除磷的效果，且与石灰石单一基质进行了比较。另外还研究了不同基质填充深度对氮、磷去除效果的影响。1材料与方法1．1实验材料构建了厌氧池+人工湿地+生物塘系统用于牛养殖场混合废水处理［3］。其中人工湿地为四级波式流人工山地湿地，每一级由两个并联床体组成，通过在床体内部设置隔板使每个床体分成六格，每格尺寸1×0．6m2，每一级总面积为7．2m2。第二级湿地其中一个床体填充石灰石和粉煤灰2∶1组成的混合基质(床体编号为2nd－M)，另一个床体填充单一的石灰石基质作为对比(床体编号为2nd－S)，填充深度为0．4m，种植风车草;第三级湿地其中一个床体填充石灰石和粉煤灰1∶1组成的混合基质(床体编号为3rd－M)，另一个床体同样填充单一的石灰石基质作为对比(床体编号为3rd－S)，填充深度为0．8m，种植美人蕉。1．2测定方法在运行期间，受降雨等因素影响，进水量在2．8～9．0m3/d之间波动，但大部分时间进水量比较稳定，约为6m3/天。在5-9月期间，分别监测了第二、三级人工湿地并联床体进水和出水的N、P浓度。其中TN采用碱性图1废水处理工艺流程过硫酸钾消解紫外分光光度法，NH+4－N采用纳氏试剂分光光度法，TP采用钼酸铵分光光度法［4］。2实验结果2．1除磷效果比较图2不同基质床体总磷去除效果比较研究结果表明，混合基质(粉煤灰+石灰石)床比只采用单一基质(石灰石)床的除磷效果要好。其中，在第二级人工湿地，混合基质床体(粉煤灰+石灰石)对磷的去除率为17%～27%，单一基质(石灰石)床对磷去除率只有9%～15%，因此，混合基质床相比单一基质床磷去除率高6%～12%;在去除负荷量方面，混合基质(粉煤灰+石灰石)去除负荷为1．7～2．7g/m2/d，比石灰石单一基质床体去除负荷高0．6～1．2g/m2/d;在第三级人工湿地，混合基质(粉煤灰+石灰石)床体磷去除率为40%～46%，去除负荷为3．2～3．7g/m2/d，与单一基质床相比，磷去除率高11%～24%，去除负荷高1．0～1．9g/m2/d。单一基质(石灰石床体)和混合基质(粉煤灰+石灰石床体)对除磷效果的比较(如图2)。2．2脱氮效果比较研究基质对氮的去除的影响，从图3和图4可以看出，混合基质(粉煤灰+石灰石)床和单一基质(石灰石)床并列床体间对总氮和氨氮去除效果差异不是很明显，但总体上混合基质床体对氮去除率略高。在第二级湿地中，混合基质(粉煤灰+石灰石)床体对氨氮去除率为23%～30%，总氮去除率为20%～37%，而单一基质(石灰石)床体氨氮去除率只有18%～24%，总氮去除率为18%～30%。此外，