潜流人工湿地长期运行影响因素分析及稳定性评价

摘要

随着我国经济社会的发展,对水资源需求日益增加,且因对水资源的浪费及污染使得我国水资源的矛盾更加突出。目前,活性污泥污水处理方法在我国及世界范围内广泛运用,但是该法成本高、操作复杂、需要火量专业技术人才等缺点,在农村及小城镇运用较少。而人工湿地作为一种高效、无需能耗、管理方便且环境友好等优点的污水处理技术,近年被广泛运用。但是,人工湿地在实际运行过程中对污染物去除的稳定性至关重要,而且很多因素对其处理效果都有重要影响,如湿地类型、构建参数、运行因素及环境条件等。因此,对人工湿地长期运行的稳定性及影响其运行效果的因素进行研究非常必要。
　　 本研究主要围绕人工湿地长期运行中污染物去除效果、稳定性及影响因素开展研究。主要内容及结果如下:
　　 (1)以中式规模人工湿地(占地约150m2)为对象,系统研究了湿地的建造因素(湿地长宽比、填料类型、植物类型)、运行因素(进水负荷、水力停留时间)及环境因素(温度)对运行效果的影响。结果表明,从湿地运行效果看,较大的湿地长宽比(长宽比=2)、煤渣填料、风车草更有利于污染物的去除。进水负荷增大,污染物去除量增加;高进水负荷时去除率下降,低进水负荷去除不稳定:综合去除率和去除量,本试验系统TOC、COD、AN、TN、TP进水负荷分别在5～30、10～55、2.5～10、5～12、0.4～1.2g/m2d较合适,水力停留时间(HRT)为5d左右时最佳。高温更有利于污染物的去除。统计分析结果表明,除了不同填料对磷素的去除具有显著影响外,建造因素对其他污染物的去除无显著性影响,进水负荷和HRT与去除量分别表现出显著的正相关性和负相关性,与去除率无显著相关性;偏相关分析表明,进水负荷对湿地去除量的影响大于HRT;温度对TP的去除率表现出显著的正相关性。
　　 (2)通过28个月的长期运行监测,分析了不同填料(砾石和煤渣)人工湿地对有机物(总有机碳、化学需氧量)和营养物(氨氮、总氮、总磷)去除的稳定性。结果表明,砾石和煤渣人工湿地能够有效和稳定地去除有机物,且随着湿地运行年限的增加,去除逐渐增加。因湿地内部溶解氧限制,氨氮在砾石和煤渣湿地中的去除不高,总氮去除也不理想,但总体去除较稳定。砾石湿地对磷去除效果不佳,去除率在一定范围内波动;煤渣湿地对磷具有较高的去除,但随运行时间的延长,去除率呈下降趋势。煤渣湿地对有机物和TN的去除略高于砾石湿地,对磷的去除明显高于砾石湿地,对AN的去除二者无明显差异;煤渣可作为人工湿地优选的填料。
　　 (3)研究了人工湿地在长期运行中。因堵塞而使湿地由潜流变为自由表面流湿地后,对有机物(总有机碳)和氮素(硝化作用/反硝化作用)、总磷去除的影响。结果表明,潜流人工湿地因堵塞而逐渐演变为自由表面流人工湿地后,其对有机物(COD、TOC)、总氮(TN)、总磷(TP)的去除效果优于具有相同填料及植物的潜流人工湿地。通过实验室培养试验,比较演变后两块湿地对有机物的矿化、硝化/反硝化作用、AN及磷去除影响的研究,发现与潜流人工湿地相比,演变后的自由表面流人工湿地对有机物的矿化率为1.82mgTOC·h-1,高于潜流湿地的1.49mgTOC·h-1,对NO3-去除率为96.8%,潜流湿地为58.1%,非生物脱硝去除率为40%,潜流湿地为28.2%;演变后对磷的吸附量为160mgP·kg-1,未演变湿地为140mgP·kg-1,对磷的去除主要为填料吸附,有机物的覆盖有利于磷的去除;但演变后的自由表面流人工湿地的硝化作用能力低于潜流湿地。