小型复合流人工湿地的设计及对有机物去除效率的分析_陶静

水电站设计DHPS第20卷第2期2004年6月小型复合流人工湿地的设计及对有机物去除效率的分析陶静,汪德(河海大学环境科学与工程学院,江苏南京210098)摘要:人工湿地能有效地处理污水,而且运转费用低。本文通过一个小型复合流人工湿地的设计及两个月的运作,监测了COD、NH3-N、NO-3-N、NO-2-N等指标,并分析了影响这些指标变化的主要因素,探讨该湿地对有机物的去除效率。实验结果表明,复合流人工湿地对有机物的去除效果较好,CODMn的去除率可达到60%～70%;植物在湿地污水处理中起着相当重要的作用;该湿地对NH3-N和NO-3-N有一定去除效果,而对NO-2-N的去除没有明显的效果。关键词:人工湿地;CODMn去除率;停留时间;污染负荷;NH3-N;NO-3-N;城市污水中图法分类号:P342.4文献标识码:A文章编号:1003-9805(2004)02-0090-03收稿日期:2004-02-04作者简介:陶静(1980-),女,江苏南京人,在读硕士研究生,研究方向为计算水力学、环境水力学及水处理技术。1前言人工湿地作为一种新兴的处理污水工艺,具有建造及运转费用低、维护简单、效果好、适用面广等优点。国内外有关城市污水处理的研究表明,在进水浓度较低的条件下,人工湿地对BOD5的去除率可达85%～95%,COD的去除率可达80%以上,湿地对N、P的去除率也很高,可分别达到60%、90%以上[1]。鉴于我国人口多,资金不足,而传统的二级处理场运行费用过高,发展推广人工湿地具有重大意义。本文运用由笔者等人设计的小型复合流人工湿地装置,进行了两个多月的实验,监测了CODMn、NH3-N、NO-3-N、NO-2-N、SS、DO和温度等指标,详细分析了实验数据,对CODMn、NH3-N、NO-3-N,NO-2-N的去除率及其影响因素作了分析。2复合流人工湿地设计2.1确定停留时间要求BOD5去除率为80%,根据实际情况,确定日流量Q=25L/d,进水BOD5:C0=40mg/L,则出水BOD5:Ce=8mg/L。计算采用一级反应动力学方程[2]:CeC0=exp(-KTt)(1)KT=K20(θ)(T-20)(见文献[2])式中KT———降解系数;T———水温(14℃);t———水力停留时间,d。取K20=1.104d-1、θ=1.06代入式(1)计算可得:t=2.07d2.2确定池体尺寸湿床的深度一般根据所栽种植物的种类及根系的生长深度确定。所选水生植物根系长度为0.25m左右。在1池的底部铺深10cm、粒径为10～20mm的砾石,上部铺深35cm、粒径为0.05～0.25mm的细沙;2池铺深30cm、粒径为0.05～0.25mm的细沙(见图1)。查阅相关资料可得各填料的孔隙率n及渗透系数Ks如下:砾石n1=38%,Ks1=7500m3/(m2/d)细沙n2=32%,Ks2=1000m3/(m2/d)湿地床的长度通常为20～50cm,过长则易造成湿地床中的死区,且水位难于调节,不利于植物的栽培。湿地的长宽比也不应过大,控制在3∶1以下,常采用1∶1[2]。设单池的长∶宽=1∶1,单池的底面积为s,1池的细沙层厚度为d1,2池的细沙层厚度为d2,两池的砾石层厚度均为d3,n为湿地中基质的孔隙率,d为流过湿地床的平均水深,由下式可以计算出单池的底面积s:t=nsdQ=(n2d1+n1d3+n1d3+n2d2)sQ(2)经计算s=0.182(m2)。考虑到两池中有污水滞留,故将池深加深5cm,则可得池子的尺寸:1池的尺寸L∶B∶H=0.43m∶0.43m∶0.50m2池的尺寸L∶B∶H=0.43m∶0.43m∶0.45m2.3实验装置池中填料厚度及池子尺寸见图1。2.4污水水质原污水取自南京市外秦淮河,秦淮河作为南京的母亲河,曾以清洁的河水和两岸优美的风光而闻名,但是,随着流90域沿岸人口的增多(尤其是内秦淮两岸),工农业生产日益扩大以及商业、旅游业的迅速发展,秦淮河正遭受着越来越严重的污染。图1复合流人工湿地处理系统示意其水质如下:pH为6.8,溶解氧为1.9,SS为17.2,CODMn浓度为20mg/L左右,CODMn浓度离设计要求相差较远。在该污水的基础上进行人工配水,本次实验水质如下:CODMn为40～80mg/L。3结果分析两个多月的实验可见:植物、温度、停留时间、水力负荷和污染负荷等因素都对实验结果有重要影响。植物对有机负荷的去除起着关键性的作用。植物庞大的根系在湿床内能有效地阻挡和吸附有机物质,吸附在植物根系周围的各种微生物通过其自身的厌氧、好氧反应来降低有机物的含量;温度的高低直接影响着植物及微生物生长,从而影响湿地对污水的处理效果;停留时间决定了污水与湿地接触的程度,停留时间太短,不能有效地净化污水,停留时间过长,