人工湿地污水处理技术分析

人工湿地污水处理技术具有结构简单、成本低、易操作和运行费用低等优点。由于人工湿地占地面积较大，且都建在室外，因此，人工湿地对污染物的去除受季节影响大。在冬季温度较低的情况下，人工湿地植物枯萎，微生物活性受到抑制，冬季人工湿地的去除效果明显差于夏季。现阶段对低温条件下人工湿地运行的研究较多，但多为理论或小试阶段，对大型人工湿地的冬季运行研究较少。

提高人工湿地冬季运行效果必须要做好保温措施。目前的研究多集中于潜流人工湿地技术，主要措施有覆盖植物和地膜。但是这种方式并不适用于表面流人工湿地，而且这种方式存在二次污染的可能，在春季必须清除覆盖物。对于表面流人工湿地，保温措施主要是建造大棚，大棚在保持水温的同时，能够使植物在冬季正常生长，植物吸收和微生物降解污染物的过程都能正常进行。

在总结集成前人研究技术基础上，我们发展高效复合生态系统技术体系，包括把微生物净化、植物净化以及基质净化等多种技术集成创新，建立生物膜与营养膜系统复合，表面流与潜流系复合以及物理强化净化与生物强化净化系统复合。在临安污水处理厂附近(青山湖淹没区)，首次建设国内最大的尾水高效复合生态系统净化工程(6 X 1 0^4 t / d )。本研究通过分析该工程不同子系统低温季节的水质净化效率，讨论了通过大棚保护技术等提高人工湿地水体修复效果，为人工湿地在冬季高效运行提供了理论依据和指导。

1 实验部分

1. 1尾水高效复合人工湿地概况

临安城市污水处理厂位于青山湖旁，高效复合人工湿地系统建设在青山湖淹没区，用于净化临安污水处理厂的尾水，复合人工湿地总面积达到66 650m2，系统水力停留时间为35 h。本湿地具有5个子生态系统(见图1):强化生物膜系统、有毒物质高效脱除系统、营养膜净化生态系统、高效自净水生态系统和高效生态滤地系统。其中强化生物膜系统、有毒物质脱除系统和营养膜净化生态系统建有大棚保护，这3个子系统组成大棚系统;高效自净水系统和高效生态滤地系统组成露天系统。各模块面积及所种植物如表1所示。

表1 模块的面积及植物种类

1. 2样品采集

本实验进行时I司为2013年12月一2014年5月，每月采集湿地水样，采样点设置在每个子系统的进水日和出水日，共计6个采样点。上午11点左右，用连接橡皮管的注射器采集样品。采样的同时使用溶解氧仪测定温度和溶解氧，每个点采集3个重复。水样采集后放于4℃冰箱保存待测。

1. 3测定方法

NH4+ -N和NO3- -N用流动分析仪(Skalar San++Automated Wet Chemistry Analyzer,the Netherlands)测定。总氮由TOC/TN(总有机碳/总碳)分析仪(Analytikjena Multi N/C 3100 , the Germany)测定。总磷和COD的测定参照《水和废水监测分析方法》。温度和溶解氧由溶解氧测定仪(YSI DO200 , the USA)于采样处现场测定。

1. 4数据分析与统计方法

NH4+ -N、NO3- -N、TP、TN和COD去除率R的计算，见公式(1):

式中:C1为进水口NH4+ -N、NO3- -N、TP、TN和COD的浓度(mg / L ) ; C0为出水口NH4+ -N、NO3- -N、TP、TN和COD的浓度(mg / L)。

各模块去除率贡献率r的计算，见公式(2):

式中:Cin为模块进水口NH4+ -N、NO3- -N、TP、TN和COD的浓度(mg / L) ,Cout为模块出水口NH4+ -N、NO3- -N、TP、TN和COD的浓度(mg / L)。

本文采用Excel进行常规做图及数据分析。

2结果与分析

2. 1低温季节温度与溶解氧的变化

2013年12月一2014年5月期间，湿地总进水日和总出水日水样的温度和溶解氧值变化见表2。从冬季12月到春季5月，这6个月期间水温一直持续升高，12月最低，进水日水温为13. 4 ℃，出水日温度为10. 0 ℃;在5月水温达到最高，进水日温度为25. 1℃，出水日水温为23. 7℃。该湿地由于前半段大棚的保温作用，水温保持较高且相对稳定，在冬季的中午仍然能保持10℃以上的水温。而溶解氧则比较稳定，进水日溶解氧值除3月份较低(仅5. 4 mg / L)外，其他几个月保持稳定，变化在7. 1-7.7mg / L之间;而出水日的溶解氧值变化幅度较大，最低为3月，溶解氧值为6. 0 mg / L，最高4月，溶解氧值达到了8. 4mg / L。

表2 高效复合人工湿地进出水口水样的水温及溶解氧值

2. 2氮的去除效果分析

氨氮进水日浓度变化在0. 32 -3. 63 mg / L之间，12月份的进水日氨氮浓度最高，然后逐渐降低，在3月份达到最低，4-5月又呈现出上升趋势(见图2)。而总出水日氨氮浓度也与进水日表现出一致的变化趋势，即最高和最低氨氮浓度分别出现在12月(0. 73 mg / L)和3月份(0. 14 mg / L)。总体来看氨氮的去除效果比较明显，平均去除率达到75%左右。在各子系统中，强化生物膜系统对氨氮去除贡献最高，平均去除贡献率达到了40.7 %氨氮去除效果最差的是高效自净水系统，平均去除贡献率仅为8. 4%，在3月该子系统贡献率为最低的一11.1%。而大棚系统包括强化生物膜系统、有毒物质脱除系统、强化营养膜生态系统3个子系统，对氨氮的去除起主要作用，平均去除贡献率达到了84 %，在低温的12月一次年3月大棚系统对氨氮的去除贡献仍然维持较高水平，变化在64% - 89%之间。

硝态氮的浓度变化比较稳定，进水口为10. 09一12.91 mg / L，出水口为6. 09一11. 03 mg / L'(见图3)。湿地系统对硝态氮去除能力比较低，仅11% -39%(见图3)。对硝态氮的去除，各个子系统表现较为平均，面积较大的强化营养膜生态系统和高效自净水系统去除贡献率最高，约为28 %。而最后一个子系统生态滤地系统，平均去除率贡献率最低，仅12%。其中，4月强化生物膜系统的去除率贡献率为-18%，说明在经过该系统后，硝态氮浓度有所上升。大棚系统平均去除贡献率仍然较高，平均为61% ; 1月去除贡献率最高，为75% ,4月最低，去除贡献率仅为36%。大棚系统在温度较高的3 -5月去除贡献率有所下降。

总氮的浓度无论是进水口还是出水口变化趋势一致(见图4) ,1月份浓度最低，分别为11. 05和6. 33mg / L ,4月份达最高，进水口和出水口分别为15. 47和10. 96mg / L。出水口总氮浓度达到GB18918-2002一级A标准。总氮去除率变化在29 % -43%之间，低温的12月一次年2月其去除率仍然较高，在37%-43%。总氮的去除中，各个系统贡献随季节变化而变化。随着温度升高，大棚系统的3个子系统贡献率降低，露天系统的2个子系统贡献率升高。大棚系统的平均去除贡献率为62 %，而在1月和2月，大棚系统去除贡献率较高，均达到了73%。而在温度最高的5月，大棚系统的贡献率只有39%。大棚系统在温度较低的月份里，表现要好于温度较高的4月和5月。