人工湿地长期运行特性研究-生态环境学报.doc

两种人工湿地长期运行效果研究 刘 洋，王世和，黄 娟，鄢 璐，王 峰 东南大学市政工程系，江苏 南京 210096 通过对栽种有芦苇和美人蕉的水平潜流人工湿地进行两年多的试验研究，分析人工湿地去除效果随运行时间变化的规律，探讨不同季节和温度对COD、TN和TP去除率的影响。试验结果表明，在最佳运行条件下，COD、TN和TP去除率可分别达到90％、65％和55％以上；从两年多的运行来看，COD和TN的去除效果变化不大，TP去除率下降显著。 人工湿地；芦苇；美人蕉；长期运行 A 文章编号：1672-2175（2006）06-1156-04表1 人工湿地进水水质 Table 1 The water quality of constructed wetland inlet CODCr /(mg·L-1) DO /(mg·L-1) TN /(mg·L-1) NH4+-N /(mg·L-1) TP /(mg·L-1) pH 150～300 0.75～1.15 45.1～80.4 40.6～68.3 3.1～6.8 7.8～8.2 人工湿地是一种建造、运行费用低，运转、维护方便的生态污水处理技术[1]。它是由人工基质和生长在其上的植物构成的一个基质植物微生物的生态净化系统。湿地植物不仅能对污染物进行直接吸收利用，还为微生物提供了栖息地，并通过光合作用对系统内部传输了氧[2-4]。因此，通过植物的选择可以调节改善湿地的运行条件。这对人工湿地的持续运行，实现其推广应用具有重要意义。本文研究了栽有芦苇和美人蕉的潜流型人工湿地两年多来的运行效果，探讨了不同季节和温度对COD、TN和TP去除率的影响，比较出两种植物对污染物的总体净化效果，从而为人工湿地系统长期地稳定运行提供参考。 试验在南京锁金村污水处理厂进行，采用潜流型人工湿地系统。试验的人工湿地模型如图1所示。水平推流式人工湿地尺寸为3 m×1 m×0.8 m，底面坡度为1％，底部和四周以水泥墙封闭，并进行防渗处理。每个系统都分为进水段、处理段、出水段。处理区填料由砾石和土壤构成。砾石铺设60 cm深，粒径由下至上从60 mm逐层减小到10 mm，表层覆土厚约20 cm。在两块人工湿地上分别栽种芦苇和美人蕉植物，栽种密度为15～20 株/㎡。 人工湿地从2003年8月启动，采用连续方式进水。系统分别经历了启动阶段和稳定运行阶段。启动期主要以植物生长和提高微生物活性为目的。2004年人工湿地进入稳定运行阶段，我们对芦苇和美人蕉两块湿地的去除效果进行了连续试验研究，另外，将一块未栽种植物的湿地作为空白湿地。试验进水采用锁金村污水处理厂的初沉池出水，水力停留时间为5.5 d，水质条件如表1所示。 图1 水平潜流式人工湿地构造 Fig.1 The structure of horizontal subsurface constructed wetland 2 结果与分析 2.1 两种植物湿地对COD的去除效果 人工湿地对COD的去除主要是依靠附着在基质和植物根系上的微生物的降解作用[5]。我们对栽种有芦苇和美人蕉的两块湿地进行了两年多的试验研究。随运行时间的进行，人工湿地出水COD去除率的变化曲线如图2所示。 由图可以看出，COD的去除率受外界气温的影响，随月份的气温差异而变化。1、2月份，外界温度低于10 ℃，此温度条件抑制微生物的代谢和活性，同样也影响植物的生长和对系统的供氧，所以两种植物湿地的COD去除率都比较低，均在以下。进入春季（36月份），气温逐渐回升，基质中微生物数量增多，活性增强，植物开始发芽，尤其到了月份，芦苇和美人蕉进入快速生长阶段，所对应的COD去除率得到显著提高。两种植物湿地在七八月份微生物数量和活性达到最大，COD去除率在70％以上，最高可达90％以上。随后COD的去除率随温度下降而降低。在植物收割以后，COD去除率显著下降，这是由于缺少了植物供氧，微生物的代谢活动受到抑制。 图2 两种植物湿地对COD的去除效果 Fig.2 The COD removal efficiency of the two constructed wetlands with plants 从两年的运行情况来看，湿地对COD的去除率相差在10％以内，说明人工湿地长期运行对有机物的去除有较好稳定性。美人蕉湿地在2004年七八月份对COD的去除效果优于芦苇湿地，分析原因可能为七八月份美人蕉处于旺盛生长时期，高温更大程度地提高了美人蕉的供氧能力，从而为微生物降解有机物营造了优越的环境。2005年，芦苇生长成熟，根系庞大，泌氧能力增强，所对应的COD去除率整体好于美人蕉湿地。 图4 温度与TN去除率的关系 Fig.4 The Relationship on te