人工湿地组合系统除磷的净化空间研究_吴振斌

人工湿地组合系统除磷的净化空间研究吴振斌1,张晟1,2,张金莲1,2,成水平1,贺锋1(1.中国科学院水生生物研究所淡水生态与生物技术国家重点实验室,武汉430072;2.中国科学院研究生院,北京100864)摘要:通过小试试验研究了由塘系统、垂直流、推流床单元组成的人工湿地工艺系统组合在内部不同空间上除磷的净化效应。结果发现,在高水力负荷下运行一段时间后,各套组合工艺系统对磷的净化效率均出现了不同程度的下降,其中下行池单元表层对磷的去除效率下降得最为显著;在各种组合中,塘单元对磷的净化效果并不理想。但是好氧塘单元与湿地的联用却可以有效地避免正磷酸盐释放的问题。关键词:人工湿地;磷;塘单元;净化空间中图分类号:X703文献标识码:A文章编号:1003-6504(2007)11-0077-04人工湿地系统是一种特别适合处理农业废水、生活污水、富营养湖泊水体的生态工程设施,具有低能耗,占地面积小,抗冲击负荷,受气温变化影响小,处理效果稳定良好并兼顾美化景观等特点。人工湿地系统的去除磷的机理主要是利用植物、微生物的生物作用以及本身基质填料的过滤吸附沉降作用。磷素作为污水中的主要营养源,是湖泊富营养化的主要因子之一。目前,已有的研究表明,植物对磷的净化的贡献相当有限,只有15%左右[1],而另外一些基于生物活性的研究表明,基质中磷酸酶的含量并不与湿地除磷的效率呈显著相关性,表明了湿地系统除磷并不与基质内的生物微环境相关,而有其他的净化途经[2]。现已开展的湿地系统除磷的机理研究主要集中于基质填料的选配方面,并发现通过选配不同的基质填料可以显著地提高人工湿地系统除磷的效率[3]。由于在湿地建造过程中的一些客观条件限制,如地域选择,成本控制等方面的限制因素,挑选的基质通常无法采用,成本相对高昂,不易就近获得,因此,通过对湿地构型的改造以提高湿地系统的净化效率更具有现实意义。近阶段,随着人工湿地系统在全国的大量应用,如何对人工湿地的构型进行改造,并对不同构型的人工湿地在空间净化效能上的做进一步的研究,显得十分必要。1材料方法1.1人工湿地组合工艺的工艺流程的选择为了研究不同工艺组合人工湿地的磷的净化空间及工艺组合的合理性,我们在位于武汉东湖边的人工湿地实验基地内设计建造了六套不同的湿地系统,几种湿地的组合工艺流程见图1,图中字母Z代表组合工艺。其中,各湿地单元的填料及植物种植如下:推流床湿地:长×宽=1m×1m,填料是粒径为3～5mm的碎石(厚度为70cm);下行流湿地:长×宽=1m×1m,填料由下至上依次为粒径为16～32cm的碎石(厚度为15cm)和粒径为0.4～0.8cm的碎石(厚度为50cm);上行流湿地:长×宽=1m×1m,填料由下至上依次为粒径为16~32cm的碎石(厚度为20cm)、粒径为0.4～0.8cm的碎石(厚度为15cm)和粒径为0.1～0.4cm的碎石(厚度为15cm);好氧塘:长×宽=2m×1m,水深为0.4m;兼性塘:长×宽=2m×1m,水深为1.0m。每个单元均用20cm厚度的水泥池浇筑,进行防渗透处理,所有单元的进水通过预设的布水管均匀布水,而出水则由集水管均匀收集,进水管与收集管的材质均为不锈钢,湿地的深度设计以略大于所种植的植物的根系长度为原则,其中湿地中的各种类植物美人蕉(Cannaindica)、薏苡(Coixlacryma)和菖蒲(Acoruscalamus)的栽种密度依次为l0～12、4～5和36~40株/m2,这些植物的选择则是选用的武汉地区常见的水生、湿生植物中,具有根系发达,生物量大,且为多年生等特点的品种。采样点分布在每个湿地单元侧面中部从上至下每10cm预设一系列的不锈钢分层采样管,分别标示为上,中,下,下下,各组合单元按照水流向的顺序分为A,B,C单元,而推流床则在距两端50cm处安置从上到下的两排带有阀门的PVC采样管,所有采集的样本均是当天采集,当天进行分析。采集到的水样一部分直接用于测定总磷(TP),另一部分经0.45μm醋酸纤维滤膜过滤后测定正磷酸盐(IP)、采用磷钼法进行浓基金项目:国家杰出青年基金项目(39925007);国家“十五”重大科技专项(2002AA601021);中国科学院知识创新工程重要方向项目(KSCX2-SW-102)作者简介:吴振斌(1956-),研究员,博士,从事水污染生态工程学的研究,(电话)027-68780675(电子信箱)wuzb@ihb.ac.cn。人工湿地组合系统除磷的净化空间研究吴振斌,等77··DOI:10.19672/j.cnki.1003-6504.2007.11.026第30卷第11期2007年11月度测定。其余水质指标按照《水和废水监测分析方法》进行,通过测验分析不同处理的磷去除效能的差异性。1.2系统运行管理系统进水管与出水收