对南四湖人工湿地生物降解能力的研究刘高燕

2006年第2期第33卷总第154期广东化工对南四湖人工湿地生物降解能力的研究刘高燕`,2,孙岩2,王丽娟,,郑振辉2(1.山东大学,山东济南250100:2.济宁职业技术学院,山东济宁272122)〔摘要〕通过建立小型人工湿地,进行污水处理实验,监测不同水生植物、不同年份、不同月份对污水的pH、COD、BOD:、TN、TP、NH3一N的去除效果。实验结果表明,人工湿地中试系统作为一种生态污水净化技术已趋于成熟,具有较高的污染负荷去除率,显示出具有巨大的优越性。但其净化效率仍然受到气候、温度、土壤、植物种类等因素的影响。〔关键词〕人工湿地;CO;DBO;D总氮;总磷;氨氮ResearchontheBiodegradationofMan一made丫VetlandinSouthFourLakesLiuGaoyan’,,,sunYan,,wangLijuan,,zhen。(1.ShandongUnivesrity,Jinan2501002·JiningVoeationalandTeehniealCollege,Jining272122,ChinaAbstaret:Bysettingupapieeeofman一madewetlandonasmallseale,thetesteamedouttheexpeirmentonsew-agetreatment,eheekedandmeasuerdtheermovingeffeetofdifferentwaterplantsonpH、COD、BOD、TN、TP、NH3一Nexistinginsewageindiffeerntyearsandindiffeerntmonths.hTeersultsoftheexpeirmentshowed:asakindofeeologi-ealteehnolo罗forpuirfyingsewage,thetestingsystemofman一madewerlandhadbeeomeirpewithahigherermovalarteofpollutionload.hTesystemhadalsoshownits肛eatadvantages.Butitspuirifeationeiffeieneywasstillinflueneedbythesefaetosrsuehaselima*e,temperalure,5011andthekindsofplan*5.Keywords:man一madewetland;COD;BOD;TN;TP;NH3一N湿地是人类最重要的环境资源之一,被科学家称为“生命摇篮”和“地球之肾”,具有巨大的环境调节功能和生态效益,在提供水资源、调节气候、涵养水源、促淤造陆、降解污染物、保护生物多样性和为人类提供生产、生活资源方面发挥着重要作用。用人工湿地处理污水的技术已经在全球广泛运用,使得水可以再利用,同时保护天然湿地,减少天然湿地水的损失,还可以用干自然保护区,满足野生动物的需要。人工湿地具有净化污染物效果好、运行费用低、易维护的特点,在加快城市污水处理,保护水生态环境,改善城市面貌方面发挥着越来越重要的作用。目前,山东省自然湿地迅速减少,人工湿地面积相应增加。南四湖是南水北调东线工程的必经之地和重要的调蓄水库,调水水质问题是南水北调工程能否顺利实施和永续利用的关键。为了搞好南四湖人工湿地建设和验证人工湿地的运行质量,山东省环保局与济宁市政府联合建立了人工湿地实验基地,模拟在自然状态下,利用水生植物对进人南四湖的轻微污染水进行进一步的净化,使之达到国家规定的“南水北调”调水标准。1实验系统规模、运行方式人工湿地占地面积约巧oo耐,有效湿地床面积为l《拟〕甘,实验水量or一100耐·d一’,所种植物为芦苇(Al、AZ、lB池)和香蒲(BZ池),采用串联组合的地表流运行方式,设计为A一B两段处理工艺,分为1#、2#两个独立系统,实验工况为同步或交叉进行。lA、lB两池串联组成#l系统,AZ、2B两池串联组成2#系统,单池尺寸均为31.25x8m(LxW),采用闸阀控制三个水深,分别为xsem、3oem、50em。从池宽度方向布水,采用闸阀与电磁流量计控制与计量进水流量,出水流量采用三角堰量测。系统水力停留时间3一22d。2实验系统设计说明[收稿日期]2005一11一24〔作者简介」刘高燕(1971一),女,讲师,山东大学环境科学与工程学院在读硕士,主要从事教学和科研工作。广东化工进、出水水质设计实验进水水质尽量控制在pH=6一9、COD簇150mg·L一’、Bo一)(30rng·L一’、NH,一N簇25mg·L一’范围内,实验出水水质达到《地表水环境质量标准》(GB3838一2002)中的m一V标准(pH=6一9、COD岌20一40mg·L一’、BoD。鉴4一10mg·L一`、NH,一N续0.5一1.smg,L一’、Tp妄0.1一0.Zmg·L一’)。2.2水系统设计采用受污染的河道水或城市污水处理厂二级出水作为水源,经格栅、水泵加压送人高位调节池,调节池长x宽x高=16xsxl.7耐,调节池从中间隔成两个sxsm的正方形,调节池中水位l.6m(设溢水管控制,多余的水溢入排空渠),采用自流式实验水系统。2.3调节池设计调节池采用框架结构,底部和顶部打圈梁,中间打过梁,各圈梁用立柱连接,过梁以下用37砖墙,以上用24砖墙。混凝土铺底。墙高超出水面0.Zm(设计水深1.6m),墙内、外侧和低部做水泥防水抹面处理,夯实地基,为确保墙体稳定性,墙体深埋至少0.sm,即墙体总高度至少2.3m,另外墙体每隔Zm需设结构砖墩,调节池内各设直径为100mm的溢水管l根,管口高度在低于池顶0.Zm处,溢水管排水接人下水道。2.4湿地床设计湿地床l#A、1#B为第一组处理单元,湿地床2#A、2#B为第二组处理单元。每个湿地床大小为31.25x8m,(长:宽二3.91:l),湿地床侧向(l#A与2#A、l#B与2#B)分隔带宽Zm,湿地床前后(1#A与1#B、2#A与2#B)分隔带宽3m,试验水深蕊0.sm,控制流速,使每组处理单元的水力停留时间在l一d5。湿地床四周结构采用厚度为24mm的砖墙建造,墙高超出水面0.lm(设计水深0.sm),墙内侧和墙顶做水泥防水抹面处理,夯实地基,为确保墙体稳定性,墙体深埋至少0.sm,即墙体总高度至少1.lm,另外墙体每隔sm需设结构砖墩。湿地床底按l%。一3%。整理平整或做成垄一沟和浅型滞流结构。2.5水泵房设计取水点设两个,需两个潜水泵,扬程20m,功率30kw,集水井长3m,宽Zm,深Zm。钢筋混凝土结构,厚100mm。2.6芦苇育苗与栽植在南四湖区除芦苇外再选择1一2种比较多见的、容易栽植和插枝育苗的湿地植物,如灯心草、蒲草等,进行污染物质的降解对比实验。湿地床在起初育苗阶段,可先铺设农田营养土和施用化肥催生。湿地床中植物栽种的密度为70一120寸粉时。3水质监测计划(l)在实验选址时,对实验拟选水源的水量年内过程进行调查,核算其是否满足实验水量的要求,进行水质监测。监测指标:pH、COD、BODS、TN、Tp、NH;一N共6项;监测点位:实验拟选水源1点;表1监测频次:连续2天,每天上、下午各采样l次;(2)实验开始前,对当地地下水进行水质监测。监测指标:pH、高锰酸盐指数、硝酸盐氮、亚硝酸盐氮、NH3一N共5项;监测点位:人工湿地床边沿至人工湿地床处地下水下游50m范围内1点(井),该点拟作为实验过程中的地下水水质监测点,以便进行对比分析;监测频次:连续2天,每天采样l次(3)实验过程中的水质监测。(l)进、出水监测指标:COD、TN、`I’P,海天监测一次,取样点共五个;(2)进、出水监测指标:pH、BOD。、NH:一N,湿地床中Do,每周监测二次;(3)地下水水质监测4点、监测指标五项(同上),实验最初1个月每周监测一次,以后每两周监测一次;(4)根据实验研究的需要,在实验过程中,特别在实验初期,可适当增加各点水质监测频次;(5)计划连续水质监测时间为6个月,累计监测指标约4500个。4运行与管理4.1水流控制水泵白天连续运行sh,调节池24h提供连续实验用水,定编l人值班管理,及时处理漏水等事故。4.2植物分类、分块栽植、养护和管理湿地床植物群落,分类分块栽植,做成垄一沟和浅型滞流结构,在垄上栽植多年生湿地植物(芦苇、灯心草、蒲草),通过植物根系吸附、截流以降解水中有机物和氮、磷等。另外,做好植物分类、分块生长状况日志,定期请植物学家指导研究,防治病虫害。5实验成果分析经过两个年度的现场实验监测,积累了大量的实验数据。对这些实验数据进行了初步的分类整理,并加以分析。2005年人工湿地运行220d,有效运行19d2,进水污染物质总量(=艺浓度x流量x时段)如下:COD为895.89kg、BOD,为112.66kg、TP为27.24kg、NH3一N为152.36kg。2005年人工湿地每天每平方米的去除量如下:COD为2225mg、BoDS为310mg、Tp为75mg、NH3一N为413mg。污染物质总去除量如下:eoD为427.Zokg、BODS为59.52kg、Tp为14.4okg、NH3一N为79.30kg。去除率分别为:52.32%、47.17%、47.14%、47.95%。从表中可看出,2005年进水水质波动大,但人工湿地仍然表现出比2004年较高的负荷去除率,说明人工湿地具有一定的抗负荷波动的能力。经过两年的系统运行试验,人工湿地已趋于成熟和稳定。实验进水水质指标范围平均值范围平均仇CODBODS19一2NH3一N备注144一4273.56169一5592.309,2526一615.74.78~0.62.2373.31一2.32.74134.7~1.1712.512005年5一10月份植物生长期阶段的监测数据2004年5一10月份植物生长期阶段的监测数据2006年第2期第33卷总第154期广东化工值对照表项目年度进水浓度/(mg·L一’)浓度去除率/%负荷/(g·m一’·d一’)净化负御(g·m一2·d一’)负荷去除率/%20()5200420052(X)420052(洲)420()52(X)42(X)58604%312841ù勺孟Uūz凡、à,-,ó-八、内、勺`叮」2055586266292322403023472,282.621.811.262.041.942.403.29l,401,731902.51J.几qùù6nHùO少ǔ,-二斗气à,苦4C6:t…O了64八勺6432041607670410.8生象反今87177101880017丘2218么21621450646549内JI飞é,11,月`11,`,妇1.1伟、J200492.3080.0871,3073.5659.8055.7070.6361.1358.9956.44lABI#1AZB2#2表32004年与2005年人工湿地BOD,值对照表项目年度进水浓度/(mg·L一’)浓度去除率/%负荷(/g·m一“·d一’)净化负御(g·m一2·d一’)负荷去除率/%200415.7113.2710.912X()5200420052X()4200520()42X()520042X()5242`J悦口2n61八j`J孟UùI,..…l一、ù9606内j门`4飞à勺、叹」八joù人U凡、,ù-,`4乙U6伪40八..…,2凡、一7飞口,于勺ù,妇凡、一44-心」06R6勺ù441,`42凡、ù……00000063314774巧45000000086854207460,.00100O了0é6气以l八」,才.n,62C,n己…可:1021009.256765.8111.4911.097.1665510.5121.6128.7635270.5935.3824,7015.