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柊叶波式潜流人工湿地处理生活污水的研究



全 文 :第40卷 第5期
2012年9月
河南师范大学学报(自然科学版)
Journal of Henan Normal University(Natural Science Edition)
  Vol.40 No.5
  Sept.2012
  文章编号:1000-2367(2012)05-0118-03
柊叶波式潜流人工湿地处理生活污水的研究
陈福坤1,2,喻泽斌1,张丽薇2,陈 雷2
(1.广西大学,南宁530004;2.广西生态工程职业技术学院,广西 柳州545004)
摘 要::提出柊叶做为湿地植物应用于波式潜流人工湿地,并在相同试验条件下,与无植物的波式潜流人工
湿地进行对比试验.结果表明,种植柊叶的波式潜流人工湿地对 CODcr,NH+4 -N 和 TP的平均去除率分别为
66.06%、64.62%和84.03%,相比无植物的1号床分别高6.77%、6.66%和5.36%,为人工湿地的植物选择提供
参考.
关键词:柊叶;波式潜流人工湿地;湿地植物
中图分类号:X703 文献标志码:A
人工湿地已逐渐用于处理各类污水,它净化污染物的机理比较复杂,其中水生植被系统起着重要的作用,水生植被系统
不仅本身能吸收同化污水中的营养元素、吸附和富集重金属及有毒、有害物质;而且其根系还可以为微生物提供巨大的物理
表面,同时向根区输送氧气,促进根区的氧化还原反应及好氧微生物的新陈代谢;植物的根系还可以在填料中形成许多微小
的气室或间隙,增强填料的疏松度,从而增强填料的渗透性能;此外,植物还可以降低由于季节、昼夜的变化而导致的温差,在
冬季可以有效防止结冰[1-3].近年来国内外对美人蕉(Canna indica)、芦苇(Phragmites austral)和再力花(Thalia doalbata)等水
生植物湿地处理系统的研究有较多报道,但有关柊叶在人工湿地中的应用研究未见报道.
柊叶为竹芋科(Marantaceae),我国广东、广西等南方省区均分布,亚洲南部广布;生于荫湿之处,株高1米左右,根系发
达,生长量大,耐污力强[4].在本文中,将柊叶种植在波式潜流人工湿地(Wavy Subsurface Flow Constructed Wetland,简称 W-
SFCW)中,研究其净化生活污水的能力,取得较好的研究成果.
1 实验材料与方法
1.1 W-SFCW设计
水平潜流人工湿地(Horizontal Subsurface Flow Construc-
ted Wetland)是目前研究和应用比较多的一种湿地处理系统,但
水平潜流湿地内部污水几乎是水平流动的,而湿地垂直方向上
污染物去除的机理不同,因此水平潜流湿地处理污水的效能未
能完全地发挥.而 W-SFCW通过在湿地内部有规则地设置导流
板,对传统水平潜流湿地的水流方式加以改进,以波形流态取代
水平流态,使污水在垂直方向上多次经过湿地内部具有不同处
理特性的构造层,使污水不定期处于好氧-缺氧-厌氧状态,以达
到增强污水处理的效果[5].W-SFCW的设计示意图见图1.
1.2 试验装置
试验系统设在某高校排污口附近,一共有2个单元床体(编
号为1号床和2号床),每个床体沿长度方向平均设2个导流板(以水平方向成50度角),导流板使污水在湿地垂直方向上多
次经过湿地内部具有不同处理特性的构造层,以期达到增强污水处理效果的目的.首先,污水经过提升泵进入兼性塘,然后通
过PVC管送入到床体单元.每个床体宽1m,长3m,床深0.7m,坡度1%.2个床体底部铺设10cm的碎石(直径2~5cm)
层,中部为40cm的煤渣层,上部为10cm的土壤层,填充总深度为60cm;各床体设有布水区和集水区,分别填充直径
收稿日期:2012-04-05
基金项目:广西生态工程职业技术学院科学研究与技术开发项目(201103A)
作者简介:陈福坤(1981-),男,福建龙岩人,广西生态工程职业技术学院讲师,主要从事污水处理研究.
DOI:10.16366/j.cnki.1000-2367.2012.05.017
2~5cm的卵石,宽度为40cm,并设置多孔隔板以防止出现表面流,集水区底部安装一多孔集水管并与外部一出水高度可调
的竖管相连接[6].W-SFCW工艺流程见图2.
1.3 植物栽培
1号床为对照床,不种植物,2号床种植柊叶
(20株·m-2),柊叶采自附近野生环境.栽植后立
即进水,保持根部浸泡在水中,半个月后开始连续
进污水.
1.4 进水水质和负荷
试验水质为高校的生活污水,湿地出水流入排水沟.试验期间为全天候连续进水,W-SFCW系统进水水质监测结果见表1.
表1 人工湿地进水水质
水质参数 CODcr/(mg·L-1) SS/(mg·L-1) NH+4 -N/(mg·L-1) TP/(mg·L-1) pH 气温/℃
范围 76~192  56~158  18~55  3.2~7.7  6.7~8.2  6~37
平均值 144  78  36  4.2
  1号和2号床以同等水力负荷运行(表面水力负荷约为0.3m·d-1).试验时间从2011年6月开始,7月开始测试数据至
12月底,约半个月测试一次数据.
1.5 分析项目和测试方法
COD:COD测定仪消解—滴定法,NH+4 -N:纳氏试剂分光光度法,TP:钼酸铵分光光度法[7].
2 结果与分析
2.1 CODcr的去除
1、2号床CODcr的进出水水质见图3.1、2号床CODcr平均出水分别为58.6mg·L-1和48.8mg·L-1,平均去除率分别
为59.28%和66.06%,其中2号床去除率比1号床略高6.77%.
在 W-SFCW湿地系统中,可沉降的部分有机物可由沉积和过滤作用快速去除掉.对于溶解性有机物的去除主要依靠填料
和根系表面附着生长的微生物的作用.在植物生长成熟阶段,对柊叶的根系进行测定,发现柊叶以须根为主,根茎细长,毛细
根众多,很明显柊叶根系具有较大的比表面积.经分析认为,床体中的氧,2号床除进水携带的溶解氧外,还有植物对氧的运输
释放和扩散作用,2号床的含氧量高于1号床,在深度方向上好氧层较1号床来的厚,形成较多有利于有机物降解的好氧区;
其次根际为各种微生物创造良好的微环境,有利于微生物的生长.另外,植物根系的生长有利于均匀布水,延长系统实际水力
停留时间.因此2号床比1号床CODcr的去除率略高.
2.2 氨氮的去除
1、2号床NH+4 -N的进出水水质见图4.1、2号床NH+4 -N平均出水分别为15.0mg·L-1和12.6mg·L-1,平均去除
率分别为57.96%和64.62%,其中2号床去除率比1号略高6.66%.
2号床对NH+4 -N的去除率明显高于未种植物的1号床.这是因为NH+4 -N的去除主要依靠微生物的硝化作用,供氧
不足会成为波式潜流湿地硝化作用的限制性因子.相对无植物的1号床,2号床中由于植物根茎的输氧作用,形成较大的有利
硝化作用的好氧区,硝化作用也相应增强.2号床中较多的铵离子被吸附在柊叶根系的周围,在根系附近和床体表层形成较大
区域的有利于硝化作用的好氧微生物区;另外,W-SFCW的波式流态基本使所有水流反复经历好氧-兼氧-厌氧状态,污水中的
氮反复进行硝化和反硝化,因此2号床比1号床具有更好的去除氨氮的性能,同时说明 W-SFCW能较好的去除氨氮[8-9].
2.3 总磷的去除
911第5期             陈福坤等:柊叶波式潜流人工湿地处理生活污水的研究
1、2号床TP的进出水水质见图5.1、2号床TP平均出水分别
为0.90mg·L-1和0·67mg·L-1,平均去除率分别为78.68%和
84.03%,其中2号床去除率比1号床略高5.36%.
人工湿地中的磷可以通过植物的吸收、微生物的固定、填料的
吸附以及和填料溶出离子生成沉淀等作用去除[10].试验结果表明,
种植柊叶的2号床对TP的去除率高于未种植物的1号床,植物的
作用是造成两个湿地对TP去除效果不同的主要原因,在吸收及同
化作用下植物可以将污水中的无机磷变成植物体的 ATP、DNA及
RNA等有机成分,试验初期TP去除率相近也说明了这个结论.有
研究表明,植物的吸收作用去除的磷占TP去除量的9%左右[10].
另外,试验采用的土壤-炉渣-碎石基质除磷效果较好;南方冬季低
温对于人工湿地的除磷影响较小,说明在人工湿地中除磷主要不是生物作用.
3 结 论
(1)在相同试验条件下,种植柊叶的波式潜流人工湿地对生活污水有较好的净化效果,对CODcr,NH+4 -N和TP的平均
去除率分别为66.06%、64.62%和84.03%,相比无植物的1号床分别高6.77%、6.66%和5.36%.
(2)通过培养后柊叶能很好的适应人工湿地环境,生长茂盛,单株高度达1m以上,在南方可以考虑作为人工湿地植物.
(3)W-SFCW床优化了传统潜流人工湿地的水流流态,使污水在床内波式流动,污水反复地流经湿地系统中的上层、中层
和下层,使污水反复地经历好氧-兼氧-厌氧状态,充分地发挥了人工湿地净化污水的能力.
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Planting Phrynium in Wavy Subsurface Flow Constructed
Wetland Treating Municipal Wastewater
CHEN Fu-kun1,2,YU Ze-bin1,ZHANG Li-wei 2,CHEN Lei 2
(1.Guangxi university,Guangxi 530004,China;2.Guangxi Eco-engineering Vocational And Technical Colege,Liuzhou 545004,China)
Abstract:The study put forward phrynium capitatum wild as wetland plants grown in wavy subsurface constructed wet-
land,which were compared with the wavy subsurface constructed wetland without any plants under the same experimental con-
ditions.It turned out that the average removal rates for CODcr,NH+4 -N and TP from the wavy subsurface constructed wet-
land with phrynium capitatum wild were 66.06%,64.62%and 84.03%,respectively.Compared with No.1wetland bed with-
out plants,its removal rates were 6.77%,6.66%and 5.36%higher,respectively.This would somehow provide some refer-
ences for the choice of plants for constructed wetland.
Key words:phrynium;removal rate;wavy subsurface constructed wetland
021 河南师范大学学报(自然科学版)                2012年