人工濕地污水處理技術(shù)作為一種生態(tài)治污工藝，具有污染物處理效率高、工程建設(shè)投資低、運行成本低、景觀效果好、管理維護(hù)方便等優(yōu)點。經(jīng)過多年的發(fā)展，其應(yīng)用領(lǐng)域不斷拓寬，但作為城市污水處理廠尾水的深度處理運用的案例還較少。基于中國城鎮(zhèn)化進(jìn)程不斷加快，水資源供需矛盾的不斷突出，污水處理廠建設(shè)總規(guī)模日益擴(kuò)大，其出水水質(zhì)仍屬于劣Ⅴ類，進(jìn)行污水處理廠尾水的深度處理十分迫切。
針對上述問題，試驗針對新開發(fā)的二級潛流人工濕地工藝，建立了小試模型，并就該工藝系統(tǒng)在特定水力負(fù)荷條件下對污水處理廠尾水中各類污染物質(zhì)的去除效率及其影響因素進(jìn)行了研究，為人工濕地在污水處理廠尾水深度處理中的廣泛應(yīng)用提供技術(shù)支持和借鑒。
1、試驗裝置及方法
1.1 試驗裝置
試驗裝置如圖1所示。
該試驗系統(tǒng)建于鄭州市王新莊污水處理廠內(nèi)，處理規(guī)模為2.00m3/d，設(shè)計水力負(fù)荷為0.50m3/cm2·d，采用生物塘/碎石床人工濕地工藝。在一級和二級生物床內(nèi)，均設(shè)置了多級豎向折板導(dǎo)流系統(tǒng)，以天然礫石為基質(zhì)。生物床上種植有美人蕉、蘆葦、香蒲和蘆竹等。一級、二級生物塘裝置尺寸均為1m×1m×1m;一級二級生物床的尺寸為2m×1m×1m，其中填料裝填高度為0.80m。
1.2 進(jìn)水水質(zhì)
試驗進(jìn)水采用鄭州市王新莊污水處理廠二沉池出水，系統(tǒng)進(jìn)水水質(zhì)見表1。
1.3 試驗方法
試驗裝置調(diào)試成功后，保持試驗系統(tǒng)每天24h不間斷進(jìn)水，每隔一定周期分別對系統(tǒng)內(nèi)各級單元進(jìn)行取樣化驗，觀察污染物的沿程降解規(guī)律以及模型系統(tǒng)整體對污染物質(zhì)的去除效率。主要測定指標(biāo)包括：TN、TP、和NH3-N。實驗周期為2017年5月至2017年12月，并在2017年9月15日，投加了2L污水處理廠的回流污泥。
2、結(jié)果與討論
2.1 污染物在系統(tǒng)內(nèi)沿程降解規(guī)律
選取2017年9月氣溫降低之前監(jiān)測數(shù)據(jù)，對TN、TP和NH3-N等污染物在系統(tǒng)內(nèi)沿程降解規(guī)律進(jìn)行分析。在整個系統(tǒng)流程上，按進(jìn)水至出水共設(shè)置6個采樣點，一級、二級生物床上分別在進(jìn)水口、床體中部、出水口設(shè)有三個采樣點。經(jīng)分析，各類污染物質(zhì)的濃度均隨著流程的增加而逐漸降低，第一級生物床與第二級生物床是各類污染物質(zhì)去除的主要承擔(dān)者，第二級生物床出水各類監(jiān)測指標(biāo)均達(dá)到了《城市污水再生利用景觀環(huán)境用水水質(zhì)》標(biāo)準(zhǔn)，TN、TP和NH3-N出水濃度分別為6.30、0.70、0.24mg/L，相應(yīng)去除率分別為61.60%、79.50%和46.70%。
沿程的NH3-N和TN濃度均逐漸降低，表明在兩級人工濕地生物床中發(fā)生了顯著同步硝化反硝化現(xiàn)象，脫氮效果良好。分析認(rèn)為，在系統(tǒng)生物床植物根系周圍的表層區(qū)域可以得到充分復(fù)氧，在生物膜的表層形成了好氧區(qū)域，而在生物膜的內(nèi)部形成了缺氧微環(huán)境，有利于進(jìn)行同步硝化與反硝化，磷的去除主要是生物床內(nèi)植物吸收和基質(zhì)的吸附作用。
2.2 系統(tǒng)對TN的去除效果
系統(tǒng)對TN的去除效果見圖2。
由圖2可知，隨著氣溫的升高，模型系統(tǒng)生物床內(nèi)水生植物的生長，由于系統(tǒng)內(nèi)基質(zhì)、微生物和濕地植物的共同作用，系統(tǒng)對TN的去除率逐漸增強(qiáng)，最高時可達(dá)90%。但從9月下旬開始，隨著氣溫的降低，濕地植物的衰亡，系統(tǒng)對TN的去除率也不斷降低，系統(tǒng)內(nèi)兩級生物床的去除規(guī)律相一致。
2.3 系統(tǒng)對TP的去除效果
系統(tǒng)對TP的去除效果見圖3。
由圖3可知，隨著氣溫的升高，模型系統(tǒng)生物床內(nèi)水生植物的生長，模型系統(tǒng)對TP的去除率并未呈現(xiàn)出明顯的增大趨勢;自9月下旬開始，隨著氣溫的降低，模型系統(tǒng)對TP的去除率并未呈現(xiàn)出明顯的減弱趨勢。分析認(rèn)為，這主要是由于污水處理廠尾水中磷的去除主要是以濕地基質(zhì)的吸附為主要作用。污水流經(jīng)的生物床級數(shù)越多，濕地基質(zhì)對污水中磷的吸附量越大，去除率也就越高，與氣候、濕地植物和微生物無明顯相關(guān)關(guān)系。
2.4 系統(tǒng)對NH3-N的去除效果
系統(tǒng)對NH3-N的去除效果見圖4。
由圖4可知，模型投入運行初期，系統(tǒng)對氨氮的去除率比較平穩(wěn)，無明顯變化。分析認(rèn)為：模型運行一段時間后，隨著濕地植物的生長進(jìn)入旺盛期、微生物群落的成熟，系統(tǒng)對氨氮的去除率效果明顯提高。隨著氣溫的降低和植物的衰亡，系統(tǒng)對氨氮的去除率也逐漸下降。這表明，濕地系統(tǒng)內(nèi)植物的生長狀況，將會直接影響到其對氨氮的去除效果。
3、結(jié)論
?、僭卩嵵莸貐^(qū)，氣溫較高時，二級潛流人工濕地系統(tǒng)在0.50m3(/m2?d)的水力負(fù)荷下，對污水處理廠尾水中TN、TP和氨氮等污染物質(zhì)均具有良好的去除效果，出水水質(zhì)達(dá)到了《城市污水再生利用景觀環(huán)境用水水質(zhì)》用水水質(zhì)要求。但在氣溫較低時，其對TN和氨氮的去除效率下降明顯。
②濕地植物的生長狀況與污水處理廠尾水中TN、氨氮的去除有直接關(guān)系，去除的主要途徑為硝化和反硝化作用，植物的吸收作用較為顯著;而污水中TP的去除與濕地植物無明顯相關(guān)關(guān)系，TP的去除主要是濕地基質(zhì)的吸附作用。(這個結(jié)論主是根據(jù)植物生長期與植物衰亡期對比得出)。
?、墼跐竦貎?nèi)投加污水處理廠回流污泥，對尾水中TN和TP的去除效率幾無影響，對氨氮的去除有一定促進(jìn)作用，但隨著氣溫的回落，其對氨氮的去除作用也迅速降低。( >
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