梯田式人工湿地处理生活污水研究

摘要

人工湿地污水处理技术的研究起源于20世纪70年代，由于该技术具有出水水质好、结构简单、投资省、运行管理费用低、操作管理便利等优点，特别适用于经济技术条件较差的地区及场所，目前已得到广泛的研究并实现了一定规模的工程化应用。然而，由于常见的人工湿地对生活污水的脱氮除磷效果不是很好，难以满足较高的出水水质要求。因此，本文提出构建梯田式人工湿地用于生活污水处理的方法，并通过小试及中试实验装置对梯田式人工湿地处理生活污水的效果进行了研究。
　　 结果表明，梯田式人工湿地小试装置对生活污水的CODcr、NH4+-N、TP平均去除率分别达到86.52[％]、80.5％、96.16％，出水浓度分别低于30mg/L、10mg/L、0.1mg/L，出水水质满足城镇污水处理厂污染物排放标准(GB 18918-2002)一级B标准。
　　 梯田式人工湿地中试装置对生活污水中NH4+-N、TN、TP、CODcr的负荷去除率分别是2.15～5.09g/(m2·d)、2.87～7.16g/(m2·d)、0.48～2.41g/(m2·d)、9.62～36.03 g/(m2·d)，其相应的去除百分率分别为47.82～81.20[％]、45.7～74.9[％]、80.42～96.72[％]、54.82～86.37[％]。采用常规垂直流人工湿地作为对照实验，研究表明，梯田式湿地对生活污水中的NH4+-N、TN、TP、CODcr的负荷去除率比常规垂直流湿地的分别高0.13～0.69g/(m2·d)、0.41～1.39 g/(m2·d)、0.29～1.46 g/(m2·d)、-0.07～2.39g/(m2·d)，其相应的去除百分率分别高3.3～11.2[％]、2.7～9.7[％]、-3.94～9.74[％]、-0.2～7.4[％]。梯田式人工湿地出水好于常规垂直流人工湿地出水，特别是在氮磷去除上面明显好于垂直流湿地。梯田式湿地系统出水水质满足污水综合排放标准一级标准(GB 8978-1996)。
　　 由于梯田式湿地系统中间增加了一个表面流湿地，强化了大气的自动复氧过程，使得湿地内溶解氧浓度有所增加，梯田式湿地系统出水DO为0.25～2.38 mg/L，垂直流湿地系统出水DO为0.21～1.67 mg/L。水体经过表面流湿地后，DO增加了0.03～0.68 mg/L。
　　 应用MPN法及PCR-DGGE技术对梯田式人工湿地系统内部硝化菌、反硝化菌的情况，湿地微生物种群及结构进行了分析，结果表明：梯田式人工湿地系统内部存在着大量的微生物。小试实验装置中硝化菌、反硝化菌数量变化范围分别为1.5×105MPN/g～4.2×106MPN/g、3.0×105MPN/g～1.86×107MPN/g，且硝化菌、反硝化菌的分布呈现一定的规律性。通过分析PCR-DGGE所得图谱可见，梯田式系统中菌种的演替随溶解氧呈梯度变化，且存在特征种属；其中各单池的微生物多样性指数分别为2.47、2.23、2.18和2.05，明显优于垂直流系统的2.13和2.11，与梯田式湿地系统对污染物的去除率高于垂直流湿地的情况相对应。
　　 应用蚕豆根尖微核技术对梯田式人工湿地系统出水进行了安全性评价。结果表明：生活污水经过人工湿地处理后出水的致突变性大大降低，其中梯田式人工湿地处理系统出水的安全性高于常规垂直流人工湿地，出水基本无致突变性物质。