人工湿地中不同因素处理氮磷效果的试验研究_陈娟

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(TP)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1∶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收稿日期:2008-03-14作者简介:陈娟(1980—),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.com。通讯作者:丁为民(1957—),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。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[1]。由于其投资少、能耗低、对氮磷处理效果好,从20世纪70年代以来得到了人们广泛的关注[2]。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[3-8]。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23cm,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1～3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)、1∶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22日起至2007年7月28日止。1.3供试污水特性供试污水由人工配制而成。投加NH4Cl、KH2PO4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/L。1.4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—290—江苏农业科学2008年第5期DOI:10.15889/j.issn.1002-1302.2008.05.019表1正交试验因子及水平试验号因子基质比例湿干比进水流量(L/d)1(1)1∶1(1)1∶5(1)28.82(1)1∶1(2)1∶2(2)57.63(1)1∶1(3)1∶1(3)86.44(2)1∶2(1)1∶5(2)57.65(2)1∶2(2)1∶2(3)86.46(2)1∶2(3)1∶1(1)28.87(3)2∶1(1)1∶5(3)86.48(3)2∶1(2)1∶2(1)28.89(3)2∶1(3)1∶1(2)57.6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