張 萍，和麗萍，陳 靜，楊逢樂，田 軍

(云南省環(huán)境科學(xué)研究院，云南昆明650034)

人工濕地作為一種新興的污水處理工藝，興起于20世紀(jì)70年代，具有建造及運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用低、維護(hù)簡單、效果好、適用面廣、對負(fù)荷變化的適應(yīng)能力強(qiáng)等特點(diǎn)。一般來說，人工濕地對進(jìn)水污染負(fù)荷的承受能力有一定的范圍，污染負(fù)荷過大或過小均會(huì)影響其去除效率。根據(jù)國內(nèi)外經(jīng)驗(yàn)及人工濕地特點(diǎn)，本研究選擇實(shí)際運(yùn)行的撫仙湖馬料河人工濕地及窯泥溝人工濕地，通過實(shí)測水質(zhì)監(jiān)測數(shù)據(jù)分析研究，考查人工濕地在不同污染負(fù)荷條件下的凈化效果。

1 研究條件與方法

1.1 人工濕地建設(shè)及處理工藝

試驗(yàn)選取建設(shè)于撫仙湖北岸污染較為嚴(yán)重的馬料河、窯泥溝的兩個(gè)人工濕地。撫仙湖窯泥溝人工濕地位于撫仙湖北岸，占地面積33畝，設(shè)計(jì)處理能力1.0萬m3/d，主要處理上游澄江縣城市生活污水、縣城污水處理廠排水、沿途13個(gè)村莊的生活污水和上萬畝農(nóng)田徑流形成的混合污水。撫仙湖馬料河人工濕地位于撫仙湖北岸，占地面積29.8畝，設(shè)計(jì)處理能力為1.5萬m3/d，主要處理撫仙湖北岸馬料河流域的農(nóng)業(yè)面源及村落污水。兩個(gè)人工濕地均采用獨(dú)創(chuàng)式復(fù)合型人工濕地自流凈化工藝，工藝流程見圖1。

1.2 測試項(xiàng)目及方法

玉溪市環(huán)境監(jiān)測站于2003年、2004年，云南省環(huán)境科學(xué)研究院于2005～2008年，分別對馬料河人工濕地、窯泥溝人工濕地各4個(gè)采樣點(diǎn)的7項(xiàng)水質(zhì)指標(biāo)進(jìn)行了30次采樣監(jiān)測。4個(gè)采樣點(diǎn)分別為濕地進(jìn)水口、氧化塘出水口、潛流濕地出水口、表面流濕地出水口。7項(xiàng)水質(zhì)指標(biāo)為TN、NH3－N、TP、CODCr、CODMn、SS及 BOD5等。監(jiān)測方法均采用國家環(huán)境保護(hù)總局編寫的《水和廢水監(jiān)測分析方法》，具體監(jiān)測方法為:TN采用堿性過硫酸鉀分光光度法，NH3－N采用水楊酸分光光度法，TP采用鉬酸銨分光光度法，CODCr采用重鉻酸鹽法，SS采用重量法，BOD5采用稀釋與接種法。

1.3 人工濕地進(jìn)出水水質(zhì)

馬料河人工濕地以及窯泥溝人工濕地系統(tǒng)的進(jìn)水濃度平均值TN分別為5.41mg/L及12.46mg/L，NH3－N分別為1.70mg/L及4.55mg/L，TP分別為0.44mg/L及1.15mg/L，CODCr分別為45.75mg/L及57.45mg/L，SS分別為334.81mg/L及55.11mg/L;兩個(gè)人工濕地系統(tǒng)的出水濃度TN分別為2.80mg/L及8.17mg/L，NH3－N分別為1.05mg/L及2.90mg/L，TP分別為0.28mg/L及0.87mg/L，CODCr分別為22.06mg/L及29.49mg/L，SS分別為12.71mg/L及11.30mg/L。采用《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB3838－2002)對兩個(gè)濕地系統(tǒng)的出水水質(zhì)平均值進(jìn)行判別，出水水質(zhì)為劣Ⅴ類。

2 污染負(fù)荷與去除率的相關(guān)性分析

2.1 氮磷進(jìn)水濃度與去除率

一般來說，人工濕地對進(jìn)水污染負(fù)荷的承受能力有一定的范圍，污染負(fù)荷過大或過小均會(huì)影響其去除效率。對馬料河人工濕地、窯泥溝人工濕地各監(jiān)測指標(biāo)的進(jìn)水濃度與去除率進(jìn)行對比分析，結(jié)果表明:TN、NH3－N及TP去除率基本上是隨著進(jìn)水濃度的上升而逐漸下降。

馬料河人工濕地TN進(jìn)水濃度為20～25mg/L時(shí)，去除率為36.4%;TN進(jìn)水濃度為10～20mg/L時(shí)，去除率為53.7%;TN進(jìn)水濃度為10mg/L以下時(shí)，去除率為60%左右。NH3－N進(jìn)水濃度為5.0～8.0mg/L時(shí)，去除率為43.9%;NH3－N進(jìn)水濃度為1.0～4.0mg/L時(shí)，去除率為55%左右;NH3－N進(jìn)水濃度為1.0mg/L以下時(shí)，去除率為68.6%左右。TP進(jìn)水濃度為1.0～2.0mg/L時(shí)，去除率為33.5%;TP進(jìn)水濃度為0.3～1.0mg/L時(shí)，去除率為45%左右;TP進(jìn)水濃度為0.3mg/L以下時(shí)，去除率為60%左右。

窯泥溝人工濕地TN進(jìn)水濃度為20～23mg/L時(shí)，去除率為30.3%;TN進(jìn)水濃度為6～10mg/L時(shí)，去除率為43.0%;TN進(jìn)水濃度為3～6mg/L時(shí)，去除率為60%左右。NH3－N進(jìn)水濃度為5.0～13mg/L時(shí)，去除率為21.86%;NH3－N進(jìn)水濃度為3.0～4.0mg/L時(shí)，去除率為44.39%;NH3－N進(jìn)水濃度為1.0～3.0mg/L時(shí)，去除率為57.66%左右。TP進(jìn)水濃度為0.7～1.0mg/L時(shí)，去除率為19.92%;TP進(jìn)水濃度為0.6～0.7mg/L時(shí)，去除率為20%左右;TP進(jìn)水濃度為0.3～0.6mg/L時(shí)，去除率為29.13%。

2.2 有機(jī)物及懸浮物進(jìn)水濃度與去除率

CODCr、BOD5及SS去除率基本上是隨著進(jìn)水濃度的下降而逐漸下降。

馬料河人工濕地 CODCr進(jìn)水濃度為 50～100mg/L時(shí)，去除率為61.3%;CODCr進(jìn)水濃度為40～50mg/L時(shí)，去除率為39.8%;CODCr進(jìn)水濃度為20mg/L以下時(shí)，去除率為41.7%。BOD5進(jìn)水濃度為 20～70mg/L時(shí)，去除率為 72.3%;BOD5進(jìn)水濃度為5～10mg/L時(shí)，去除率為35%左右;BOD5進(jìn)水濃度為5mg/L以下時(shí)，去除率為40%左右。SS進(jìn)水濃度為35～50mg/L時(shí)，去除率為83.8%;SS進(jìn)水濃度為30～35mg/L時(shí)，去除率為55.0%左右;SS進(jìn)水濃度為10～30mg/L時(shí)，去除率為50%左右。CODMn去除率先是隨著進(jìn)水濃度的下降而上升，又隨著進(jìn)水濃度的下降而降低。CODMn進(jìn)水濃度為 20～30mg/L時(shí)，去除率為30.4%;CODMn進(jìn)水濃度為15～20mg/L時(shí)，去除率為64.5%;CODMn進(jìn)水濃度為5～15mg/L時(shí)，去除率為30%左右。

窯泥溝人工濕地 CODCr進(jìn)水濃度為 100～200mg/L時(shí)，去除率為80.77%;CODCr進(jìn)水濃度為40～80mg/L時(shí)，去除率為30% ～40%;CODCr進(jìn)水濃度為30～40mg/L時(shí)，去除率為30%左右。BOD5進(jìn)水濃度為 20～70mg/L時(shí)，去除率為75.4%;BOD5進(jìn)水濃度為5～10mg/L時(shí)，去除率為50%左右;BOD5進(jìn)水濃度為4～5mg/L時(shí)，去除率為20%左右。SS進(jìn)水濃度為200～250mg/L時(shí)，去除率為96.4%;SS進(jìn)水濃度為30～35mg/L時(shí)，去除率為70%以上;SS進(jìn)水濃度為10～20mg/L時(shí)，去除率為40%左右。CODMn去除率先是隨著進(jìn)水濃度的下降而上升，又隨著進(jìn)水濃度的下降而降低。CODMn進(jìn)水濃度為20～85mg/L時(shí)，去除率為36.15%;CODMn進(jìn)水濃度為15～20mg/L時(shí)，去除率為62.33%;CODMn進(jìn)水濃度為5～15mg/L時(shí)，去除率為40%左右。

2.3 人工濕地最佳進(jìn)水濃度

綜合考慮各項(xiàng)水質(zhì)指標(biāo)進(jìn)水濃度對其去除率的影響，如果不考慮其它因素，僅從系統(tǒng)處理效果的角度選擇污染負(fù)荷，馬料河人工濕地系統(tǒng)的最佳污染負(fù)荷為:TN 1.0～10mg/L，TP 0.1～0.3mg/L，NH3－N 0.1～1.0mg/L，CODMn15～20mg/L，CODCr50～150mg/L，BOD520～70mg/L，SS 35～50mg/L;窯泥溝人工濕地系統(tǒng)的最佳污染負(fù)荷為:TN 3.0～10mg/L，TP 0.3～0.6mg/L，NH3－N 1.0～3.0mg/L，CODMn15～20 mg/L，CODCr100～200mg/L，BOD520～70mg/L，SS 200～250mg/L。

進(jìn)水濃度與污染物去除率變化情況見表1、表2，污染負(fù)荷對去除效果的影響見圖2及圖3。

3 研究結(jié)論

(1)隨著濕地的運(yùn)行，馬料河人工濕地和窯泥溝人工濕地的進(jìn)水不斷上升，而各項(xiàng)水質(zhì)指標(biāo)的去除率逐漸下降，故出水濃度也隨之上升，且進(jìn)水濃度與出水濃度的差距凈值不斷加大。

(2)馬料河人工濕地TN濃度為2.12mg/L時(shí)凈化效果最好，為71.31%;TP濃度為0.49mg/L時(shí)為75.51%;CODCr濃度為134.64mg/L時(shí)為81.82%;SS濃度為7.56 mg/L時(shí)為67.64%。綜合考慮各項(xiàng)水質(zhì)指標(biāo)進(jìn)水濃度對其去除率的影響，如果不考慮其它因素，僅從系統(tǒng)處理效果的角度選擇污染負(fù)荷，馬料河人工濕地系統(tǒng)的最佳污染負(fù)荷為:TN 1.0～10mg/L，TP 0.1～0.3mg/L，CODCr0.6mg/L，CODCr100～200mg/L，SS 200～250mg/L。

表1 馬料河人工濕地進(jìn)水濃度與污染物去除率變化情況 (mg/L)

表2 窯泥溝人工濕地進(jìn)水濃度與污染物去除率變化情況 (mg/L)

(3)窯泥溝人工濕地，TN濃度為9.57mg/L時(shí)凈化效果最好，為72.10%;TP濃度為2.12mg/L時(shí)，為71.31%;CODCr濃度為166.32mg/L時(shí)，為79.76%;SS濃度為55.56mg/L時(shí)，為96.00%。綜合考慮各項(xiàng)水質(zhì)指標(biāo)進(jìn)水濃度對其去除率的影響，如果不考慮其它因素，僅從系統(tǒng)處理效果的角度選擇污染負(fù)荷，窯泥溝人工濕地系統(tǒng)的最佳污染負(fù)荷為:TN 3.0～10mg/L，TP 0.3～50～150mg/L，SS 35～50mg/L。

(4)通過對馬料河人工濕地及窯泥溝人工濕地的進(jìn)水濃度與各項(xiàng)水質(zhì)指標(biāo)的凈化效果相關(guān)性分析得知，綜合考慮各項(xiàng)水質(zhì)指標(biāo)進(jìn)水濃度對其去除率的影響，如果不考慮其它因素，僅從系統(tǒng)處理效果的角度選擇污染負(fù)荷，人工濕地系統(tǒng)的最佳污染負(fù)荷為:TN 1.0～10mg/L，TP 0.6mg/L以下，NH3－N 3.0mg/L以下，CODMn15～20mg/L，CODCr100～150mg/L，BOD520～70mg/L，SS 200～250mg/L或35～50mg/L。

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