复合垂直流人工湿地对风景区生活污水中无机氮的处理效果研究薛巍

2011年第11期广东化工第38卷总第223期·87·复合垂直流人工湿地对风景区生活污水中无机氮的处理效果研究薛巍，姚海峰，邹广民，崔浪，王菁，朱四喜*(浙江海洋学院海洋科学学院，浙江舟山316004)[摘要]对浙江朱家尖复合垂直流人工湿地的无机氮净化效果进行了分析。结果表明，人工湿地在2010年5月~2011年4月运行的12个月中，对污水中硝态氮与氨态氮的去除率平均分别为28.90%±10.03%与71.14%±3.62%(平均值±SE)，要比2007~2008年的显著低得多，但出水水质均达到地表水环境质量标准Ⅲ类水质标准值(GB3838-2002)。[关键词]复合垂直流人工湿地；污水处理；水质标准[中图分类号]TQ[文献标识码]A[文章编号]1007-1865(2011)11-0087-02StudyonScenicDomesticWastewaterTreatmentforInorganicNitrogeninanIntegratedVerticalFlowConstructedWetlandXueWei,YaoHaifeng,ZouGuangmin,CuiLang,WangJing,ZhuSixi*(CollegeofMarineScience,ZhejiangOceanUniversity,Zhoushan316004,China)Abstract:ThecleaningefficiencyofwastewateroftheoperatedintegratedverticalflowconstructedwetlandinZhujiajianinZhoushancityofZhejiangProvinceandtheproblemsinthetreatmentsystemwerediscussedandanalyzedinthepaper.ResultssuggestedthatfromMay2010toApril2011,themainpollutantsofNO3-NandNH4-Nwereremovedatarateof28.90%±10.03%,71.14%±3.62%(mean±SE),respectively,whichwerelowerthanthosein2007and2008.However,thewaterqualityintheyearachievedthestandardⅢoftheenvironmentalqualityofsurfacewaterquality(GB3838-2002).Keywords:integratedverticalflowconstructedwetland；wastewatertreatment；waterqualitystandard经过人工改造的自然湿地和人工湿地广泛应用于水体污染的治理中，是很有前景的生态工程类型之一[1]。其中，复合垂直流人工湿地是具有下行流-上行流复合水流方式的垂直流人工湿地，它结合了垂直流型促进硝化作用的需氧过程以及潜流型提高反硝化厌氧过程这两者的优势，这被认为是污水处理效率最高的人工湿地类型[2-5]。另外，生活污水中的氮素存在形式多样，包括有机氮、氨态氮、亚硝态氮和硝态氮，使得污水处理过程中，氮素去除机理和反应机制非常复杂。湿地系统对氮的去除机理主要包括氨的挥发，植物的吸收，填料的吸附、过滤、沉淀和微生物的硝化与反硝化作用[6]，其中微生物的作用占主导地位。笔者于2010年5月～2011年4月对浙江省舟山朱家尖南沙风景区的复合垂直流人工湿地进行了12个月的无机氮(主要包括硝态氮与氨态氮)净化效果跟踪监测，以期了解人工湿地工程在风景区生活污水处理上的有效性与持续性，为复合垂直流人工湿地工程在我国的推广应用提供依据。1人工湿地概况实验样地位于中国东南部的浙江省舟山市朱家尖镇(29º53N，122º23E)的人工湿地，系用于处理朱家尖南沙风景区宾馆与餐馆等生活污水的复合垂直流人工湿地[4-5,7]，面积约0.20公顷。复合垂直流人工湿地的下行池具有基质组成一致，废水灌溉量、污染物载荷量及水滞留时均匀可控等优点。风景区生活污水通过布水管均匀流入下行池，向下渗透，经下行池底部自行流入上行池底部，最后通过出水管流入集水池。所以，流入人工湿地的污水实际上经过了2次处理。此系统采用全天自动间歇式注水，正常运行条件下，该系统处理规模为2000m3·d-1。2007年4月，将选定的16种植物繁殖体移植到人工湿地中，种植密度为10株m-2。在夏季生长中，用手工去除入侵的植物物种，且在生长季末(9～10月)人工收割所有植物的地上部分(地面10cm以上)，且大部分植物的成年植株高度在1～4m。2水样采集与无机氮处理效果分析用于水质测定的水样均采自人工湿地总进水口和总出水口，每月测定1次，时间为2010年5月～2011年4月，主要测定的水质指标为无机氮，即硝态氮与氨态氮，测定方法均采用国标方法[8]。在12个月的研究期间，人工湿地中入水与出水水质与处理效率详见图1。其中，硝态氮的入水浓度平均值为2.95±0.37(平均值±SE，mg·L-1)，出水平均值为2.16±0.44(平均值±SE，mg·L-1)，硝态氮处理效率平均达到28.90%±10.03%(平均值±SE)；氨态氮的入水浓度平均值为1.54±0.18(平均值±SE，mg·L-1)，出水平均值为0.44±0.08(平均值±SE，mg·L-1)，氨态氮处理效率平均达到71.14%±3.62%(平均值±SE)。研究表明，复合垂直流人工湿地能有效去除风景区生活污水中的硝态氮与氨态氮，而且出水水质均达到地表水环境质量标准中Ⅲ类(集中式生活饮用水地表水源地二级保护区)水质标准值(GB3838-2002)。硝态氮的处理效率在1月、3月和4月均为负值，这种现象在Chang等[9]，Lin等[10]，Gao等[11]的研究中也报道过，其原因可能是在这3个月中土壤硝化作用较强[12]，而且土壤硝态氮易形成高移动性的中间库，这样有可能转移到地表水中[13]。人工湿地系统水体中硝态氮与氨态氮相互转化的途径是：氨态氮首先在有氧条件下经过硝化作用转化为硝态氮，在厌氧或者缺氧环境下经反硝化作用转化为氮气排放到大气中[14]。由于在进水过程中，硝态氮与氨态氮的浓度基本相同，同时硝态氮为氨态氮向氮气转化过程中的中间产物，所以硝态氮的去除效率必然要落后于氨态氮。如，文章中是硝态氮处理效率平均为28.90%；而氨态氮则达到71.14%。朱家尖复合垂直流人工湿地对风景区生活污水中硝态氮与氨态氮的去除效率在2010年~2011年要比2007年~2008年的显著低得多[15]，主要是由于人工湿地中植物经过3～4a的竞争与演潜，许多区块中的植物已被优势种(芦竹)取代，这样人工湿地中植物多样性也随之下降，因而人工湿地对污水中无机氮的处理效果也由此降低[15]。[收稿日期]2011-07-18[基金项目]2010年浙江省大学生科技创新活动计划(新苗人才计划，2010R411031)[作者简介]薛巍(1989-)，男，江西南昌人，本科，主要研究方向为环境科学。*为通讯作者。广东化工2011年第11期·88·硝态氮浓度/(mg·L-1)-50050100去除率/%入水出水去除率0123May-2010Jan-2010Jul-2010Aug-2010Sep-2010Oct-2010Nov-2010Dec-2010Jan-2011Feb-2011Mar-2011Apr-2011采样时间氨态氮浓度/(mg·L-1)020406080100去除率/%图1人工湿地中入水与出水水质与处理效率Fig.1Analysisofwaterqualityandremovalrateoftheconstructedwetland参考文献[1]常杰，葛滢．生态学[S]．杭州：浙江大学出版社，2001．[2]常杰，葛滢．生态学[S]．北京：浙江大学出版社，2010．[3]岳春雷，常杰，葛滢，等．2003．利用复合垂直流人工湿地处理生活污水[J]．中国给水排水，19(7)：84-85．[4]LiuD，GeY，ChangJ，etal．ConstructedwetlandsinChina：recentdevelopmentsandfuturechallenges[J]．FrontEcolEnviron，2009，7：261-268．[5]YueCL，ChangJ，GeY，etal．Treatmentefficiencyofdomesticwastewaterbyvertical/reverse–verticalflowconstructedwetland[J]．FreseniusEnvironmentalBulletin，2004，13(6)：505-507．[6]卢少勇，金相灿，余刚．人工湿地的氮去除机理[J]．生态学报，2006，26(8)：2670-2677．[7]蒋跃平，葛滢，岳春雷，等．人工湿地植物对观赏水中氮磷去除的贡献[J]．生态学报，2004，24(8)：1720-1725．[8]国家环保总局．水和废水监测分析方法[S]．北京：中国环境出版社，2002．[9]ChangJ，YueCL，GeY，etal．TreatmentofpollutedcreekwaterbymultifunctionalconstructedwetlandinChinassubtropicalregion[J]．FreseniusEnvironmentalBulletin，2004，13：545-549．[10]LinYF，JingSR，LeeDY，etal．Performanceofaconstructedwetlandtreatingintensiveshrimpaquaculturewastewaterunderhighhydraulicloadingrate[J]．EnvironmentalPollution，2005，134：411-421．[11]GaoB，GeY，LiuQX，etal．Purifyingperformanceofconstructedwetlandtreatinglighteutrophicwaterinanornamentalfishpond[J]．FreseniusEnvironmentalBulletin，2006，5(12)：1563-1567．[12]ZhangCB，WangJ，LiuWL，etal．Effectsofplantdiversityonnutrientretentionandenzymeactivitiesinafull-scaleconstructedwetland[J]．BioresourTechnol，2001，101：1686-1692．[13]CarpenterSR，FisherSG，GrimmNB，etal．Globalchangeandfreshwaterecosystems[J]．AnnuRevEcolSyst，1992，23：119-140．[14]叶建锋．废水生物脱氮处理新技术[S]．北京：化学工业出版社，2006．[15]ZhuSX，GeHL，GeY，etal．Effectsofplantdiversityonbiomassproductionandsubstratenitrogeninasubsurfaceverticalflowconstructedwetland[J]．EcolEng，2010，36(10)：1307-1313．(本文文献格式：薛巍，姚海峰，邹广民，等．复合垂直流人工湿地对风景区生活污水中无机氮的处理效果研究[J]．广东化工，2011，38(11)：87-88)(上接第102页)(12)待各项技术指标达到要求后，清理干净基础表面，用混凝土抹光表面，并用帆布盖好，注意保证道床中心高于两边，形成龟背式样