研究：砾石潜流-浮桥平流复合湿地系统净化生活污水-北极星水处理网

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人工湿地技术自20世纪七八十年代发展起来至今已有近50年的历史，因为其对污水中有机物、氮、磷等具有较好的去除效果，同时在构建和运行成本方面较其他污水处理方式低，因此，目前在我国许多中小城镇和乡村等资金匮乏地区应用较为普遍。、

目的

研究砾石潜流-浮桥平流复合湿地系统对生活污水的净化效果，旨在为更好地实现廉价、简便、效果良好的生态污水处理技术提供理论依据。

方法

人工组建砾石潜流-浮桥平流复合湿地系统，引进新的浮桥技术和采用新的组合方式，以生活污水为研究对象，考察该系统对污水中化学需氧量(COD)、氨氮(NH₃-N)、总氮(TN)、总磷(TP)的净化效果。

试验构建3个处理单元，由塑料扣板(PVC)制成，尺寸为750mm×550mm×350mm，串联组成一级砾石潜流湿地单元(HF1，砾石基质填充，种植蕹菜)+二级浮桥平流湿地单元(HF2，泡沫隔板水下隔开，种植浮萍和金鱼藻)+三级缓冲单元(HF3，底泥，种植荷花)的复合湿地系统(图1)，系统各级湿地单元进出水口高程差根据系统运行情况在(250±25)mm内调节。

图1 砾石潜流-浮桥平流复合湿地系统流程

结果

系统对COD的净化效果

由图2、3可知，系统COD进水浓度在137.6～172.6mg/L，HF1出水浓度为53.3～93.3mg/L，COD去除率在38.8%～60.7%;HF2出水浓度为40.7～67.7mg/L，COD去除率在7.3%～20.3%;HF3最终出水浓度为31.3～51.7mg/L，COD去除率在6.5%～15.2%。由此可以看出，系统对COD的综合去除率(TR)在65%~80%，整体出水水质可达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB 18918—2002)的一级A标准。

其中，HF1对COD的去除贡献率最高，占主导作用，这可能是因为系统运行前期HF1主要依靠砾石基质和植物根系的吸附、吸收作用，后期这种作用逐渐减弱，表现为COD去除率逐渐降低。HF2和HF3对COD的去除贡献率较低，可能是因为这2级湿地单元无基质填料，对COD的吸附和降解效果较差，使得去除贡献率较低。

图2 系统进水和各级出水COD浓度变化

图3 系统整体和各级COD去除率变化

系统对NH₃-N的净化效果

由图4、5可知，系统NH3-N进水浓度在21.2～25.9mg/L，HF1出水浓度为16.3~21.6mg/L，NH₃-N去除率在13.2%～25.7%;HF₂出水浓度为10.8～15.5mg/L，NH₃-N去除率在18.9%～32.5%;HF3最终出水浓度为8.1～13.1mg/L，NH₃-N去除率在7.2%～17.1%。由此可以看出，系统对NH₃-N的综合去除率在48%~62%，整体出水水质可以达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB 18918—2002)的一级B标准。

其中，HF2对NH₃-N的去除贡献率最高，占主导作用，这可能是因为系统调试运行稳定后，浮萍和金鱼藻进入生长期，进行快速的自我繁殖，使得HF2水体pH上升，加快了水中NH⁴⁺向NH₃之间的转化速率，起到去除NH₃-N的作用;其次，藻类繁殖过程中部分腐败的残体可以被微生物作为碳源利用，促进其反硝化作用从而去除水体中的NH₃-N。另外，HF₁和HF3对NH₃-N也有较好的去除作用，但与HF2相比较低，可能是因为基质的吸附作用和植物根系对转化后的无机氮的吸收作用相对较弱。

图4 系统进水和各级出水NH3-N浓度变化

图5 系统整体和各级NH3-N去除率变化

系统对TN的净化效果

由图6、7可知，系统TN进水浓度在26.4～31.6mg/L，HF1出水浓度为19.5～25.2mg/L，TN去除率在10.0%～26.7%;HF2出水浓度为13.9～19.1mg/L，TN去除率在13.4%～30.4%;HF3最终出水浓度为11.9～16.5mg/L，TN去除率在4.1%～9.3%。由此可以看出，系统对TN的综合去除率可以达到41.0%~56.0%，整体出水水质可达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB 18918—2002)的一级A标准。

污水中TN主要通过NH₃的挥发、植物吸收、基质吸附和离子交换等作用去除，系统中HF1和HF2对TN的去除效果较好，占主导作用，这可能是因为砾石基质的吸附作用与藻类快速生长对氮的吸收作用，使得氮元素在较短时间内被快速去除，而HF3受进水TN浓度较低的影响对TN的去除效果始终较差。

图6 系统进水和各级出水TN浓度变化

图7 系统整体和各级TN去除率变化

◆系统对TP的净化效果

由图8、9可知，系统TP进水浓度在1.6～2.7mg/L，HF1出水浓度为1.2～2.1mg/L，TP去除率在19.4%～33.0%;HF2出水浓度为0.7～1.3mg/L，TP去除率在18.3%～38.1%;HF3最终出水浓度为0.5～1.1mg/L，TP去除率在7.2%～13.9%。由此可以看出，系统对TN的综合去除率可以达到58.8%~73.2%，整体出水水质可以达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB 18918—2002)的一级B标准。

系统运行前期HF1和HF2对TP的去除效果较好，且随着时间的增加去除率不断增加，但到系统运行中后期，这种趋势逐渐减缓甚至下降，可能是因为基质逐渐吸附饱和和藻类腐败的影响，这也在一定程度上限制了传统人工湿地对磷的进一步去除。HF3对TP的去除效果始终较差，在整个湿地系统中主要起到缓冲作用。

图8 系统进水和各级出水TP浓度变化

图9 系统整体和各级TP去除率变化

结论

系统对生活污水中COD、NH₃-N、TN、TP的平均去除率分别为73.3%、56.1%、47.1%、65.7%;一级湿地单元对COD的去除效果较好，二级湿地单元对NH₃-N、TN和TP的去除效果较好，三级湿地单元对各项污染指标的去除率均较差。

砾石潜流—浮桥平流复合湿地系统对生活污水整体净化效果良好，出水水质各项指标均可达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB 18918—2002)的一级B标准，可拓展研发新型生态污水处理技术。

原标题：砾石潜流-浮桥平流复合湿地系统净化生活污水研究

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