校园人工湿地科教基地建设及研究

王 林,李红梅,吴献花,王纪爱

(1.玉溪师范学院,云南玉溪 651400,2.云南大学,云南昆明 650092)

校园人工湿地科教基地建设及研究

王 林1,李红梅1,吴献花1,王纪爱2

(1.玉溪师范学院,云南玉溪 651400,2.云南大学,云南昆明 650092)

2006年课题组在校园内组建了一套复合人工湿地实验系统,用于处理学生宿舍的部分生活污水,开展人工湿地净化水质的研究。经过 3a的追踪分析测试,使学生掌握了人工湿地的工艺设计及净化机理,取得了较好的研究成果和教学效果,为学校搭建了一个科教平台,促进了教学与科研的同步发展。

人工湿地;科教基地;校园;建设;研究

1 研究内容和方法

1.1 复合性人工湿地复合工艺设计

本项研究利用校内自然地形及自然落差,组合设计复合技术工艺,指导学生开展人工湿地净化校园生活废水的研究,工艺见图 1。

表 1 复合生态床污染控制工程主要构筑物参数表

1.2 工艺设计的主要技术参数

(1)主要构筑物参数:实验基地占地面积8.56m2,有效容积 6.38m3,水力负荷 0.23m3/m2·d,停留时间 73.5h,处理能力 1.98m3/d。可处理 20～30人 /d生活污水。各单元设计参数见表 1。

(2)湿地系统土建总投资 0.57万元,系统运行不消耗动能,污水进出设计利用自然高差自流。

1.3 研究内容

(1)建立校园人工湿地处理系统,测试湿地系统对学生宿舍生活污水正磷酸盐污染物的净化效能。

(2)针对各单元设计的人工基质,研究不同基质对污水的净化机理。

(3)建立校园科研教学实验基地,为学生提供实习研究的平台,将科研引入教学,树立 “科研育人”的理念。

1.4 研究方法

(1)研究时间及采样点布设。实验系统于2006年 7月 28日开始修建,2006年 8月 14日竣工,2006年 8月 14日下午开始进水,2006年 8月22日种植湿地植物,运行时间 2006年 8月～2008年 10月。监测点布设于各污水处理单元的污水出入口处。

(2)采样频率和分析方法。2006年监测了 2个月,2007年及 2008年分别监测了 3个月,每月监测 3次,即上、中、下旬。分析方法采用国家环保总局水和废水监测分析方法编委会编写的《水和废水监测分析方法》[3]。

2 研究结果

2.1 系统对水质净化测试结果

该污水处理系统利用人工碎石床—微生物—水生植物的吸附、吸收、降解、转化等机理,建立以厌氧消解池、氧化塘、潜流人工湿地、表流人工湿地和潜流人工湿地组成的污水处理单元,对校园生活污水进行净化处理。经过 3a的跟踪分析测试,各处理单元床的水质污染物平均浓度及总去除效果见表 2。

表 2 湿地处理系统净化效果分析 (mg/L)

2.2 系统对主要污染物净化效果分析

2.2.1 氮净化效果分析

经测试分析生活污水中的氮主要以氨氮和硝酸盐氮的形态存在,经湿地系统物化、生化、植物吸收等作用,氮营养元素得到降解[1],水体中各种形态的氮浓度逐渐下降,处理效果最好的是潜流湿地及表流湿地,详见图 2。

2.2.2 CODCr净化效果分析

从整个系统对 CODCr处理效果看,厌氧消解池的处理效果比较好,经厌氧消解处理后 30%CODCr得到降解,后几级湿地系统的处理效果在 15%左右,系统对 CODCr总去除率达 67%,详见图 3。

2.2.3 磷净化效果分析

系统各单元对废水中总磷、正磷酸盐的处理是经生物的吸收、吸附而降解的[2],氧化塘、潜流及表流湿地对磷的去除效果都较好。经监测对正磷酸盐的净化效果比对总磷的净化效果高 17%,表明系统对正磷酸盐的净化功能更强,原因是正磷酸盐更容易被生物吸收转化,详见图 4。

2.3 校园实验基地的 “科研育人”成效

该实验基地建设,为校园师生提供了教学研究平台,使学生得以了解并掌握湿地系统的设计、建造,湿地植物的优化选择,处理系统水质的监测分析等技能,各单元对污水净化机理等实验研究,把科研与教学有机结合,实现了科研与教学间的良性互动,是“科研育人”理念的成功实践。学生在实际活动中掌握了扎实的专业知识,奠定了坚实的理论基础。

该基地到目前已培养出 3批学生,指导学生毕业论文 29篇,课题教师在国内核心期刊发表论文8篇,参加国家级学术交流 8人次。形成了理论与实践直观教育模式,并可持续运用于课题的拓展及学生能力培养。

3 研究结论

3a的实验研究结果表明:该复合系统各单元床之间具有较强的互助和互补性,对 SS、CODCr、正磷酸盐的平均去除率分别达 71%、67%、48%、43%、60%、45%、41%、58%,处理后的水可用于浇灌校园花草树木。

该校园实验基地建设为师生提供了教学研究平台,创建了理论与实践直观教育模式。这种小型的湿地组合工艺适用于分散小型村庄生活污水处理,处理后的水用于农灌。该组合工艺投资小,利用自然地形实现自流,不耗能,具有很好的实用价值。

[1]陈源高,李文朝,李荫玺,等.云南抚仙湖窑泥沟复合湿地的除氮效果 [J].湖泊科学,2004,16(4).

[2]豆俊锋,罗固源,刘翔.生物除磷过程厌氧释磷的代谢机理及其动力学分析 [J].环境科学学报,2005,25(9).

[3]国家环保总局.水和废水监测分析方法 (第四版) [M].北京:中国环境科学出版社,2002.

Research of Educational and Scientific Base of ConstructedW etland in Campus

WANGLin1,L IHong-mei1,WU Xian-hua1,WANG Ji-ai2
(1.YuxiNormal College,Yuxi Yunnan 651400 China)

A set of experiment system of complex constructed wetland was built in the campus in 2006,which was applied to treat a part of wastewater of students’dormitory as one platform for the research on purifying mechanism of the wetland.Through three-year’s practical analysis of the wetland,the students have mastered the engineering design and learned the purifying mechanism of constructed wetland,which helps us to build a platform for education and research to improve the development of education and scientific research for the students to achieving excellent research experiences.

constructed wetland;base for science and education;campus;construct;research

X192

A

1673-9655(2010)02-0009-03

2009-11-11