人工湿地水力条件优化设计

摘要

人工湿地通过基质、微生物、植物的三者的协同作用，使污水得到净化，具有维护管理容易、建造和运行费用低、污染物去除效果较好的优势。而水力条件是影响整个系统污染物去除效果的重要因素之一。目前，人工湿地构建设计主要借助实际工程经验以及传统经验公式，对人工湿地水力条件的理论和实践研究较少，限制了该技术对污染物去除效率的提高。为此，本文对此进行了探讨，研究结果可为人工湿地的设计提供水力学参考。
　　 本文分析了水力负荷、水力停留时间、系统的布水集水方式等对潜流型人工湿地系统污染物去除效果的影响。试验污水采用自配模拟生活污水。在连续运行的条件下，分别监测了有无挡板、水力负荷为0.1、0.2、0.3、0.4、0.5 m3/(m2·d)时，各采样口污染物浓度值，拟合水力负荷与污染物去除率、出水口污染物浓度与水力停留时间的线性关系。另外，还考察该系统在无挡板的情况下，水力负荷为0.2、0.3、0.4m3/(m2·d)时，水平式与竖直式布水集水方式对污染物去除效果的影响，供实际工程参考。通过初步试验研究得出以下结论：
　　 (1)在有无挡板、不同的水力负荷下，该系统COD去除率为62.1％～94.4％，TN去除率为66.8％～88.6％，氨氮去除率为30.4％～80.0％，TP去除率为78.4％～97.2％，溶解性磷酸盐去除率为80.5％～97.6％，皆低于《镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918-2002)中的一级A标准。在同样的水力负荷的条件下，增加挡板的人工湿地系统对污染物的去除率明显高于无挡板系统。
　　 (2)当水力负荷为0.1、0.2m3/(m2·d)、挡板存在时，系统容易产生死水区。随着水力负荷的提高，水流逐渐呈推流状态，床体内死水区域得到改善。无挡板时，系统污染物浓度在床体内逐步降低，没有观察到明显的死水区域。
　　 (3)以k-C*一级反应动力学模型模拟COD、TN、氨氮浓度、去除率与水力负荷的线性关系，试验结果显示，拟合COD、TN、氨氮去除率与水力负荷的线性关系较好，相关系数良好(0.9458≤R2≤0.9766)，出水口COD、TN、氨氮浓度与实际水力停留时间之间呈指数关系，相关性较好(0.8087≤R2≤0.9795)。
　　 (4)当水力负荷为0.2、0.3 m3/(m2·d)时，系统在水平布水集水方式运行下，COD、TN、TP、溶解性磷酸盐去除效果稍优于竖直式结构；当水力负荷为0.4m3/(m2·d)时，水平布水集水方式运行下的人工湿地COD、TN、TP、溶解性磷酸盐去除率皆劣于竖直式结构。氨氮的去除情况与之相反。综合比较，在水力负荷较低时，两种布水集水方式都可取，但当水力负荷较大或者水力负荷不稳定时，竖直式结构优于水平式。竖直式布水集水区结构在工程实践中可以优先考虑。
　　 通过以上研究，可以为人工湿地设计优化参数确定提供参考，有利于将人工湿地技术高效合理应用在工程实践，得到更好推广应用。