人工湿地基质渗滤特性及净化污水效果_黄钰铃

收稿日期:2006-04-25基金项目:湖北省教育厅重大项目(2004Z003);湖北省科技攻关项目(2005AA401C38);三峡大学重大项目(2004C02)。作者简介:黄钰铃(1978-),女,湖北荆门人,讲师,主要研究方向为农业水土工程及生态水工学。文章编号:1673-1212(2006)05-0113-03人工湿地基质渗滤特性及净化污水效果黄钰铃1,4,惠二青2,周先华3(1.2.3三峡大学,湖北宜昌443002;4.西北农林科技大学,陕西杨凌712100)摘要:以细沙、细沙和碎石质量比为1∶1、1∶2、2∶1的三种组合,以及煤渣和壤土质量比为1∶1的混合物共五种基质为供试对象,通过比较测定不同基质渗透性,选择渗透性较好的基质搭配填入人工湿地模型中,测定进出水水质,研究基质对系统净化污水的效果。结果表明,渗透性对人工湿地系统净化污水有一定影响,当基质渗透性较好、孔隙率较高时,污水总磷、氨氮、以及化学需氧量去除率较高;随时间延长,各指标去除率降低,其中总磷去除率与时间有较好的线性相关。关键词:基质;渗透性;净化中图分类号:X703文献标识码:B自1974年前西德首先建造人工湿地污水处理系统以来,这项技术在欧洲很多国家得到推广应用,并在加拿大和美国得到迅速发展。上世纪80年代末和90年代初,在美国和英国相继召开了人工湿地研讨会,提出了人工湿地的有关机理和一些可供参考的设计规范和数据,标志着人工湿地系统作为一种独具特色的污水处理技术方式进入环境科学领域[1]。目前人工湿地系统广泛应用于生活污水、矿区废水、农业污水以及城镇暴雨径流的处理[2～5],其净化污水的机理主要包括物理吸附和沉降、化学分解以及生物吸收降解等作用[6],其中,物理吸附作用受基质渗透性影响较大。人工湿地系统中基质组成及其渗透性对系统净化污水性能有重要影响,针对该问题,本文探讨了不同基质的渗透性,并将其应用于人工湿地模型,研究其净化污水的效果,为人工湿地系统的广泛应用提供依据。1研究内容1.1试验材料与方法试验所用基质包括细沙(粒径约1mm左右)、细沙和碎石(粒径15～20mm)质量比为1∶1、1∶2、2∶1三种组合,以及煤渣和壤土混合物质量比为1∶1共五种基质。试验中测定不同基质渗透系数,以分析基质渗透性。渗透系数用70型(仿基马式)渗透仪(南京水力电力仪表厂)(如图1)测定。在饱和水分的土壤中,常水头下土壤的渗透系数遵循达西(H.Darcy)定律[7],表达式为k=QLAHT(1)式中K———渗透系数(cms)Q———时间T内渗透水量(cm3)图170型(仿基马式)渗透仪L———两测压孔中心间长度L=10cmH———平均水头差(cm)A———式样横截面积(cm2)T———时间(s)1.2水质指标测定根据基质渗透系数测定结果选择合适基质填入人工湿地模型中,研究基质对系统净化污水的效果。模型为下行池-上行池串联的复合垂直流人工湿地。水质测定指标包括总磷TP、氨氮NH+4-N和化学需氧量COD。TP采用过硫酸钾消解、氯化亚锡还原光度法,NH+4-N采用纳氏试剂光度法[8],COD采用CR4200消解器消解、Photo-LabS6仪比色测定,仪器测量范围10～250mgL。2结果与分析2.1基质渗透性利用渗透仪测定不同基质渗透系数见表1。·113·第31卷第5期2006年8月环境科学与管理ENVIRONMENTALSCIENCEANDMANAGEMENTVol.31.No.5Aug.2006表1不同基质渗透性比较基质(质量比)渗透系数K(平均值)(cms)细沙6.262×10-2细沙∶碎石=1∶15.220×10-2细沙∶碎石=2∶13.951×10-2细沙∶碎石=1∶22.858×10-2煤渣和壤土混合物1.556×10-4从表1可以看出细沙渗透系数最大,不同质量比的细沙与碎石渗透系数都小于细沙,而煤渣与壤土混合物渗透系数最小。一般情况下,细料与粗料混合,当粗料含量小于30%～40%时,混合后的渗透系数减小,这是因为在细料中掺入适量粗料后,粗料完全被细料颗粒包裹,再加上粗料本身不透水,从而减小基质的渗透面积延长渗径,此时渗透系数非但不增大,反而略有减小;当粗料含量超过30%～40%以后,粗料含量增大,细料填不满粗料骨架的空隙,使粗料的孔隙增大,因而渗透系数突然增大[9]。此外,由于基质本身的组成较为分散,差异较大,性质复杂,而且决定基质渗透系数特性的因素很多,除了渗流介质、温度、仪器、测试方法、粒径特性外,粗粒的含量、细粒的性质是主要的内在因素[10]。因此当细沙与碎石质量比为1∶2时,渗透系数较小的原因可能是碎石本身含有很多颗粒小于5mm(小于5mm的为细料),这些细料依然占多数,填充了大颗粒的孔隙,所以渗透系数减小;另外,扁平状的碎石在与细沙混合时起骨架