连续流微型人工湿地处理富营养化水体研究

罗 乐 刘 颖 张燕春 尹 涛 龙露鸿

（1中国电建集团昆明勘测设计研究院有限公司，云南 昆明 650000；2成都工业学院 建筑与环境工程学院，成都 611730）

0 引言

人工湿地生态系统是通过物理、化学作用及生物反应共同净化污水：填料基质对水体中污染物质进行吸附；植物利用根系截留污染物，同时利用同化作用吸收营养物质，形成植物体；在植物根系、填料表面生长的微生物对水体中污染物进行降解。[1，2]

1 实验方法

1.1 构建人工湿地

连续流人工湿地主体为PVC管材，管材外径110mm，长6m，水平设置无坡度。人工湿地出水口设置变径，保证湿地系统内水量充足。管顶部设置植物生长孔洞，直径50mm，21个孔洞均匀分布。在管内分层铺设鹅卵石及粗沙砾作为基质，从下至上为鹅卵石30mm（粒径10～20mm），沙砾20mm（粒径1～3mm）。

图1 连续流人工湿地示意图

1.2 富营养化水质

富营养化水样取自农村富营养化鱼塘，水质指标见表1。

表1 进水水质（单位：mg/L）

1.3 湿地植物

选择净化作用较强的绿萝、伊乐藻和中华天胡荽三种植物作为湿地系统的主要植物。挑选大小一致、长势良好的植株，绿萝、伊乐藻和中华天胡荽每种7株，沿水流方向将其依次植入孔洞内。

1.4 实验设计

设置实验组与空白对照组，实验组和空白组投入等量鹅卵石和沙砾，空白组不植入植株。连续进出水，流量为0.4L/h。通过测定进出水质指标，评价污染物的去除效果，水质指标主要包括：总磷（TP）、氨氮（NH3-N）、化学需氧量（CODCr）、生化需氧量（BOD5）和悬浮物浓度（SS）。

1.5 计算方法

去除率＝（C0-Ci）/C0×100%。

式中：C0——进水浓度；Ci——出水浓度。

2 结果与分析

2.1 生长情况

植物的耐污能力可通过观察植物的生长情况得到验证和反映。实验组中，绿萝生长情况最佳，生物量变化大。中华天胡荽的生物量无明显变化。伊乐藻生物量变化不显著，但培养期间陆续有新芽生长，有进一步形成成熟植株的趋势和可能。

2.2 污染物的处理效果

2.2.1 人工湿地对TP的去除效果

由图2可以看出，与对照组相比，实验组人工湿地对TP的去除作用较好，TP去除率显著高于对照组。

湿地对磷的去除机理的主要是依靠填料基质的吸附和过滤、植物吸收和微生物同化三种方式[3]。可溶性的磷与钙、镁离子结合形成不溶磷酸盐沉淀；植物根系吸收无机磷，形成植物体；聚磷菌等微生物同化吸收磷，甚至过量积累磷[4]。

对照组运行初期，对照组对TP有一定的去除效果，这是由于卵石和沙砾的吸附作用，但在运行中后期，吸附饱和，出水TP浓度接近进水浓度。实验结果说明，只有基质没有植物的空白组中微生物对磷的降解作用甚微。实验组稳定后，TP去除效果提升，去除率稳定在56%左右。

图2 实验组与对照组对TP的去除效果

2.2.2 人工湿地对氨氮的去除效果

由图3可以看出，实验组与对照组相比，植物对氨氮有较好的去除作用，实验组的去除率显著高于对照组。

人工湿地对氨氮的主要去除机理有：（1）植物对氨氮的吸附和吸收作用；（2）湿地填料基质对氨氮的吸附和吸收作用；（3）微生物对氨氮的吸收和降解作用[5，6]。

对照组运行前期，卵石和沙砾的吸附作用对氨氮有一定的去除效果，但在运行中后期，吸附饱和，出水氨氮浓度接近进水浓度。系统稳定后，氨氮去除效率增加到63%左右。

图3 对氨氮的去除效果

2.2.3 人工湿地对CODcr的去除效果

由图3可以看出，实验组与对照组相比，植物对CODcr有较好的去除作用，实验组的去除率显著高于对照组。

湿地系统对溶解性有机物去除主要是通过植物的吸收作用以及微生物的降解作用完成[7]。

对照组运行前期，对照组对CODcr有一定的去除效果，这是由于卵石和沙砾的吸附作用，但在运行中后期，吸附饱和，出水CODcr浓度接近进水浓度。实验组系统稳定后，CODcr去除效果提升，去除率稳定在46%左右。

图4 对CODcr的去除效果