人工浮岛中处理生活污水的试验研究

潘智勇

人工浮岛中处理生活污水的试验研究

潘智勇

福建省伟邦市政环保工程设计研究院有限公司

通过由美人蕉、灯心草、菖蒲多种植物构建的人工浮岛，试验研究其在动态条件下对生活污水中氮、磷的去除效果。结果表明：停留时间7d时，TN、NH4+-N、TP的去除率平均为66.4%、79.6%、78.1%。试验证明了组合植物的人工浮岛在生活污水处理中具有良好的应用前景。

人工浮岛 生活污水 氮磷去除 试验

人工浮岛技术就是将水生植物或部分陆生植物固定在载体上，通过植物对氮磷的吸收作用以及植物根系附着微生物对污染物的降解作用，达到去除富营养化水体氮磷的目的。自20世纪70年代以来，以水生植物为核心的生态处理技术在污水处理和水体修复中被广泛研究和应用，工程实践表明，该技术具有低投资、低能耗等优点，近年来已成为环保领域的一个研究热点。由于可充分利用水面直接从水体中去除污染物，无需占用土地，因而人工浮岛大都用于富营养化水体水质的改善。但对人工浮岛在动态条件下去除生活污水污染物的效果研究较少，本研究在构建多种植物共存的人工浮岛的基础上，通过在浮岛上植物组合，探讨了其对生活污水水质的动态净化特性，对净化机理进行了定量解析。

1 材料与方法

1.1 主要材料

美人蕉、灯心草、菖蒲作为人工浮岛植物；聚苯乙烯发泡沫板：规格长40cm，宽40cm，厚2.5cm，在板上打孔，孔间距根据不同植物适宜的种植密度而定，整板可以漂浮于水面。试验场地：某水源一级保护区内的一个村庄污水处理站。试验用水: 农村生活污水。试验用水水质数据如表1所示。

表1　试验用水水质数据

1.2 主要仪器

紫外/可见分光光度计，高压灭菌锅，电热板，恒流泵，试验水池（尺寸为1.20m×1.20m×0.65m），以及其它试验室常用仪器。

1.3 检测方法

总氮（TN）：过硫酸钾氧化，紫外分光光度法；总磷（TP）：钼锑抗分光光度法；氨氮（NH4+-N）：纳氏试剂比色法；硝氮（NO3--N）：酚二磺酸分光光度法。

1.4 试验方法

挑选美人蕉、灯心草、菖蒲各16株，高度约为20～30cm；将灯心草与菖蒲、菖蒲与美人蕉、灯心草与美人蕉相混合的形式分成两列固定在塑料泡沫板上，每列视植株大小固定一种植物6株，最后以美人蕉、灯心草、菖蒲相混合分成三列固定在塑料泡沫板上，每列视植物大小固定一种植物4株。

为了研究人工浮岛对生活污水水质的实际净化效果，考察在不同水体交换条件下的动态净化效果并定量解析其净化机理，在试验水池中部放置上述人工浮岛。生活污水经恒流泵平行连续进入各个水池。为了模拟生活污水实际水体停留时间，设置池内水体的停留时间为3d、4d、5d、6d和7d。试验进行时间为夏秋交替的九、十月，期间平均气温为24.3°C。

2 结果与讨论

2.1 组合型人工浮岛去除水体中TN试验

图1表明，TN进水浓度在11.24～13.29 mg/L之间，出水浓度在4.31～9.01 mg／L之间。去除率随水体停留时间的延长呈增长趋势，水体停留时间为3d时人工浮岛的平均去除率为30.2%～32.7%,5d时为45.3%～52.1%,在此区间去除率增长速度较快,之后趋于平缓,7d时达到54.5%～66.6%。

较长的停留时间有利于除N，N去除率的变化是植物吸收、氨化、硝化及反硝化反应的共同结果，人工浮岛对N去除率变化速率以5d为界限，过长的停留时间将使N去除率变化速率趋势减缓。虽然TN去除率整体呈线性上升趋势，由3d时的31.2%上升至7d时的66.4%，停留时间的延长有利于氮的进一步去除。在动态条件下的人工浮岛研究较为缺乏，但在相同水体中进行的单一植物介质试验，水体停留时间为7d时TN去除率为42.1%，明显低于组合型人工浮岛的去除率，表明组合型人工浮岛通过不同植物之间相互作用对TN去除率的提高具有显著效果。

在四种组合型人工浮岛中，以灯心草、菖蒲、美人蕉三种植物组成的人工浮岛处理效果最佳，停留时间为7d时的TN去除率可以达到66%以上，均高于其它两种植物组成的人工浮岛。在试验中观察到，美人蕉根系尤为发达，又最长，菖蒲次之，最短为灯心草，三种植物根系分别吸收在不同水层的N，加上由于植物的光合作用，使根系周围不同水层产生了更多的溶解氧，让好氧微生物大量生长，分解更多的有机氮，使氮的去除率得到了最大化。

图1 不同组合植物的人工浮岛在不同停留时间试验TN进出水浓度及去除率

2.2 组合型人工浮岛去除水体中NH4+-N试验

图2表明，NH4+-N进水浓度在9.63～10.39mg/L之间，出水浓度在1.95～6.35 mg／L之间。去除率随水体停留时间的延长呈增长趋势，停留时间为3d时，人工浮岛的平均去除率为35.5%～38.5%,5d时为69%～72.2%,在此区间去除率增长速度较快,之后趋于平缓,7d时达到76.4%～79.6%。

在四种组合型人工浮岛中，由灯心草、菖蒲、美人蕉三种植物组成的人工浮岛处理效果比其它任意两种植物组合的人工浮岛都要好，停留时间为7d时的NH4+-N去除率达到了79.6%。

从图1和图2可以得出：NH4+-N去除率比TN的去除率要高，说明人工浮岛系统能优先去除水体中的NH4+-N。这可能由于本试验的试验水体较小，溶解氧含量较高，导致植物作用过程硝化反应速度较快，从而NH4+-N的去除率较高且稳定。

图2 不同组合植物的人工浮岛在不同停留时间试验NH4+-N进出水浓度及去除率

2.3 组合型人工浮岛去除水体中TP试验

图3表明，进水TP浓度在5.14～5.55mg/L之间变化，平均去除率介于68.6%～78.1%之间，与TN和NH4+-N相同，随着水体停留时间的增加，去除率整体上升。

同样组合型人工浮岛去除TP变化速率以5d为界，过长的水体停留时间将引起P的去除变化速率减缓。在动态条件下组合型人工浮岛比单一植物的人工浮岛去除磷的效率要高，从而又体现了植物之间相互促进作用对去除率的提高。

图3 不同组合植物的人工浮岛在不同停留时间试验TP进出水浓度及去除率

由三种植物组成的混合植物型人工浮岛在7d水体停留时间条件下，去除P的效率达到了78.1%，比其余两种植物组成的人工浮岛去除率要高。试验中可观察到，三种植物的根系长度不一，使得对不同水层的P有吸附吸收作用，同时植物的光合作用使得植物根系产生氧，使不同水层溶解氧增多，从而为聚磷菌提供了良好的条件，而聚磷菌的产生对污水中P的去除很重要，对有机磷的降解率也有提高，提高了P的总体去除水平。

3 结论

3.1 在动态条件下，组合型人工浮岛对TN、NH4+-N和TP去除率随水体停留时间的增加而增加，当水体停留时间到达5d后，随停留时间的增加而迅猛增加，7d时各种污染物平均去除率为：TN=66.4%，NH4+-N=79.6%，TP=78.1%。

3.2 通过多种植物间的促进改善作用，三种植物组成的人工浮岛对TN、NH4+-N、TP的去除率比两种植物组成的人工浮岛要高。

3.3 试验认为，在实际运用中，组合型人工浮岛对生活污水中氮、磷去除能起到良好的效果。

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