潜流人工湿地去除生活污水中氮磷的试验研究

摘要

潜流人工湿地在脱氮除磷方面具有传统的二级污水处理工艺不可比拟的优势。但人工湿地受地域影响大，对利用潜流人工湿地去除生活污水中氮磷效果受水力负荷、污染负荷、植物选择、季节变化影响的研究在江西地区还不多见，也没有可供参考的动力学方程参数。研究从潜流人工湿地去除生活污水中氮磷的主要影响因素入手，试验分析在连续流进水条件下，水力负荷、污染负荷、植物、季节等对化学需氧量、氨氮、总氮和总磷去除率及出水水质的影响，并建立一级反应动力学方程。 本论文得出以下结论： （1）水力负荷是影响CODcr、NH3-N、TN、TP去除率和出水水质的重要因素，随水力负荷减小，各组湿地床去除率上升，出水水质变好。在水力负荷为166.7mm/d时，各湿地床的去除率和出水水质均较好：对CODcr、NH3-N、TN、TP的去除率分别达95.99％、37.24％、56.09％、76.00％；出水CODcr均达到《地表水环境质量标准（GB3838-2002）》Ⅳ类水体标准，出水NH3-N均达到《城镇污水处理厂污染物排放标准（GB 18918－2002）》二级标准，出水TN均达到《城镇污水处理厂污染物排放标准（GB 18918－2002）》一级A标准，出水TP均达到《城镇污水处理厂污染物排放标准（GB 18918－2002）》二级标准。 （2）污染负荷是影响潜流人工湿地系统CODcr、NH3-N 、TN、TP去除负荷和出水水质的重要因素。CODcr、NH3-N、TN、TP的去除负荷均随污染负荷的增加而增大，且存在着较好的线性相关关系。在进水CODcr负荷为2.8～26.3 g/m2·d，进水NH3-N负荷为0.3 g/m2·d，进水TN负荷为0.8～1.7g/m2·d，进水TP负荷为0.028 g/m2·d时，各湿地床出水CODcr、NH3-N、TN、TP均达到《城镇污水处理厂污染物排放标准（GB 18918－2002）》一级A标准；在进水CODcr负荷为40.2g/m2·d，进水NH3-N负荷为0.8～2.2g/m2·d，进水TN负荷为2.4～4.8g/m2·d，进水TP负荷为0.169～0.882 g/m2·d时，各湿地床出水CODcr、NH3-N、TN、TP均达到《城镇污水处理厂污染物排放标准（GB 18918－2002）》二级标准。 （3）植物对生活污水中污染物的去除率和出水水质有较大影响。四组植物湿地床对CODcr的去除率为85.41％～95.99％，去除高低顺序为美人蕉>风车草>菰>薏苡，美人蕉和风车草湿地床出水达到《地表水环境质量标准（GB3838-2002）》Ⅰ类水体标准，菰湿地床出水CODcr达到Ⅲ类水体标准，薏苡湿地床出水CODcr达到Ⅳ类水体标准；对NH3-N的去除率为27.07％～37.24％，去除高低顺序为美人蕉>菰>薏苡>风车草，出水均达到《城镇污水处理厂污染物排放标准（GB 18918－2002）》二级标准；对TN的去除率为44.89％～56.09％，去除高低顺序为美人蕉>风车草>薏苡>菰，出水均达到《城镇污水处理厂污染物排放标准（GB 18918－2002）》一级A标准；对TP的去除率为47.50％～76.00％，去除高低顺序为菰>美人蕉>风车草>薏苡，菰湿地床出水达到《城镇污水处理厂污染物排放标准（GB 18918－2002）》一级B标准，美人蕉、薏苡、风车草湿地床出水TP达到《城镇污水处理厂污染物排放标准（GB 18918－2002）》二级标准。 （4）季节是影响潜流人工湿地CODcr、NH3-N、TN、TP去除率和出水水质的重要因素。夏季处理效果优于冬季，冬季在江西地区仍能达到较好的去除效果。对CODcr的去除率达91.79％，出水水质达到《地表水环境质量标准（GB3838-2002）》Ⅳ类水体标准；对NH3-N的去除率达44.90％，出水水质达到《城镇污水处理厂污染物排放标准（GB 18918－2002）》一级B标准；对TN的去除率达40.77％，出水水质达到《城镇污水处理厂污染物排放标准（GB 18918－2002）》一级A标准；对TP的去除率达49.50％。出水水质达到《城镇污水处理厂污染物排放标准（GB 18918－2002）》二级标准。 （5）试验研究表明，在江西地区的气候气象条件下处理一般城市生活污水水质，采用一级动力学方程，可以较好的模拟湿地系统中CODcr、NH3-N、TN、TP的去除规律。该模型对以后江西地区潜流人工湿地系统的设计有一定的参考价值。美人蕉湿地床中CODcr、NH3-N、TN、TP的降解常数k分别为0.3677、0.1652、0.1889、0.2760；薏苡湿地床中CODcr、NH3-N、TN、TP的降解常数k分别为0.5172、0.1227、0.1637、0.1833；菰湿地床中CODcr、NH3-N、TN、TP的降解常数k分别为0.3994、0.2236、0.1227、0.4479；风车草湿地床中CODcr、NH3-N、TN、TP的降解常数k分别为0.2748、0.1724、0.2657、0.2172。 论文研究结果表明在江西地区利用潜流人工湿地去除生活污水中氮、磷等污染物可取得较好的效果。研究得出的水力负荷、污染负荷、植物和季节等对氮、磷处理效果的影响规律和建立的氮磷去除动力学方程，可作为江西地区潜流人工湿地应用的依据。