垂直流人工湿地去除农村生活污水中 总磷和耗氧有机物的效果研究※

●许巧玲 胡 奕（安顺学院资源环境学院 贵州 安顺 561000）

农村生活污水的特征主要表现为农村人口居住相对分散，污染源不易集中，无统一污水收集管网，污水水量不稳定，水质成分复杂，没有专门的排放标准等[1]。所以应该重视对分散式生活污水的工艺研究。人工湿地是生态处理系统中处理污水比较高效且常见的一种方式，人工湿地是一种人为设计及建造、能控制运行的、与沼泽类似的污水处理系统[2]。人工湿地系统主要由基质、动植物及微生物构成，它们在湿地系统中相互联系，相互协同，使整个湿地系统能够稳定进行。人工湿地基质对磷的截留以化学沉淀为主，基质中存在Ca2+、Fe2+和Al3+等金属离子能与水中的磷酸根离子反应生成沉淀，进而被基质沉淀过滤去除[3]，因此研发高效人工合成基质是提高除磷率的有效手段。人工湿地中的有机物主要通过微生物、有机物和无机物构成的生物膜来完成[4]。目前，人工湿地系统以去污效果好、建造运营成本低和方便管理等优点被越来越多运用于生活污水的处理。

1 材料与方法

1.1 实验装置

试验系统的长、宽、高分别为0.88 m、0.67 m、 0.65 m，两个系统分别命名为CW-A和CW-B。CW-A中基质从下往上依次为高10 cm的砾石（包括直径为1～3 cm、3～5 cm、5～10 cm的砾石）、高30 cm的河砂，河砂中添加人工合成基质。CW-B中除表层基质没有添加人工合成基质外，其余基质与CW-A中的基质组成相同。系统调试运行两周后，于2020年9月13日正式运行，共计134 d，蠕动泵连续进水，水力负荷10 cm /d。

1.2 实验进水水质

实验进水水质来自实验室模拟的农村生活污水的水质指标，采用淀粉、磷酸二氢钾、硝酸钾、硫酸亚铁铵、硫酸镁配置系统进水，进水水质，见表1。

表 1 垂直流人工湿地进水水质 单位：mg/L

1.3 检测方法

每周对湿地系统进出水进行监测，每次取3个重复水样，参照《水和废水监测分析方法》[5]中的方法检测水中的TP、COD。

2 结果与讨论

2.1 垂直流人工湿地对TP的去除效果

人工湿地去除TP的效果图，见图1。

图1 垂直流人工湿地TP去除率

湿地系统对TP的去除机理主要是基质沉淀吸附和微生物的去除。从图1可以看出，CW-A和CW-B的TP去除率逐渐降低，CW-A和CW-B在刚开始运行时对TP的去除出现最大值，分别为93.72%和84.92%，在系统运行结束时出现最小值，分别为4.01%和-9.87%。人工湿地运行的时间越长，对TP的去除率也越低。但从总体的趋势上看，CW-A中添加了人工合成基质对TP的去除效果要高于CW-B中未加人工合成基质对TP的去除效果。两个系统在运行初期，CW-A对TP去除率较高，说明CW-A和CW-B运行初期对TP的去除效果较好，可能是湿地运行初期，基质中的吸附未达到饱和，对TP的去除效果较好。两个湿地系统运行到最后，对TP的去除率出现最小值，说明人工湿地运行到后期，基质吸附达到饱和，使TP的去除率降低。CW-A对TP的去除效果略高于CW-B对TP的去除效果，CW-A和CW-B中TP的平均去除率分别为29.78%和27.12%。说明人工合成基质的添加，有利于湿地系统中TP的去除。

2.2 垂直流人工湿地对COD的去除效果

垂直流人工湿地CW-A与CW-B的进水浓度最高分别为504.25 mg/L和488.39 mg/L，最低进水浓度分别为238.03 mg/L和242.34 mg/L。CW-A和CW-B在COD浓度较高的情况下，对COD的去除率依旧保持在50%以上。垂直流人工湿地对COD的去除率，见图2。

图2 垂直流人工湿地COD去除率

如 图2所 示，CW-A和CW-B对COD的去 除呈现先增大后减小，然后趋于相对平稳的趋势。CW-A和CW-B运行初期，对COD的去除率较低；CW-A与CW-B运行中后期，去除率波动较大；CW-A与CW-B运行后期，依旧保持较高的去除率。CW-A和CW-B对COD的去除效果差异不明显，平均去除率分别为78.92%和79.14%，且对COD的去除率都较高。人工湿地系统对COD的去除以微生物的降解为主，污水在系统中与微生物接触反应时间长，微生物能充分发挥作用，使COD浓度降低，提高COD的去除效率[6]。在实验初期，两个人工湿地系统对COD的去除率都较低，可能是湿地运行时间较短，还没有形成稳定的生物膜；实验进行到中期，COD达到平稳状态且去除率较明显，可能是由于人工湿地系统中微生物膜达到了一个稳定的状态，使CW-A和CW-B对COD的去除率有明显提高，且趋于稳定。

2.3 出水亚铁的浓度变化

垂直流人工湿地系统中亚铁浓度变化，见图3。

图3 垂直流人工湿地中亚铁浓度变化

两个湿地系统亚铁进水浓度在0.006～ 0.205 mg/L之间，CW-A和CW-B中亚铁的平均进水浓度分别为0.060 mg/L和0.064 mg/L，两个湿地系统中亚铁进水浓度较低，且相对稳定。而CW-A和CW-B中亚铁的出水浓度比进水浓度高，且波动较大。

2.4 相关性分析

CW-A和CW-B中污水指标间的相关性分析，见表2。由表2可知，亚铁出水浓度与TP去除率呈负相关，相关系数为-0.383。

表2 湿地中各指标间相关性表 （R值）

3 结论

本试验以农村生活污水为研究对象，针对农村生活污水中的理化性质，在实验室内模拟小型人工湿地展开研究。得到的主要结论如下：

CW-A和CW-B中TP的去除率在系统运行前期较高，但随着系统的运行在不断降低，直到最后，CW-B中TP的去除出现了负值，说明TP的去除与湿地中的基质吸附有关，随着基质的吸附饱和，湿地对TP的去除率在不断降低。CW-A和CW-B对TP的去除率与亚铁出水浓度存在相关性，相关系数为0.380（P＜0.01），通过调节湿地系统中pH范围和DO水平，可以实现调控磷的出水水平。

CW-A和CW-B对COD的去除较好，去除率都保持在79%左右，且湿地运行后期开始堵塞，但湿地系统中COD的去除率并没有明显降低，因此湿地系统的堵塞对COD的去除并没有产生太大影响，说明人工湿地对去除耗氧有机物要较大优势。