【摘要】本文研究了北方城市人工濕地冬季低溫污水凈化效果，比較不同布水方式下污染物的去除率，結(jié)果表明，水溫低于12℃時，垂直上（下）行流對COD去除效果相近，高于潛流濕地；潛流濕地TN去除率高于垂直上（下）行流，上行布水好于下行布水；垂直上行流TP去除率高于垂直下行流及潛流濕地；硝化作用受到抑制，三濕地出水NH3-N濃度均大于進水。

【關(guān)鍵詞】人工濕地；北方城市；冬季低溫；布水方式

引言

人工濕地處理污水具有出水水質(zhì)好和運行費用低等優(yōu)點，當溫度低于12℃時，濕地植物出現(xiàn)休眠現(xiàn)象，微生物代謝減緩甚至停止，導致濕地處理效率大幅度下降。研究表明，污水從濕地表面垂向流過填料床的底部或從底部垂直向上流進表面，床體處于不飽和狀態(tài)，氧可通過大氣擴散和植物傳輸進入人工濕地。垂直流的硝化能力高于水平潛流，用于處理氨氮濃度較高的污水更具優(yōu)勢；污水從一端水平流過填料的潛流人工濕地的水力負荷高，對BOD、COD、SS、重金屬等污染物的去處效果好，且很少有惡臭和孳生蚊蠅現(xiàn)象。本文通過研究垂直上（下）行流、潛流不同布水方式人工濕地的冬季運行情況，不同污染物去除機理，分析存在問題，探討我國北方城市人工濕地冬季運行的試用技術(shù)，提出管理依據(jù)。

1、材料與方法

1.1 實驗裝置。試驗用PVC板槽模擬不同水流形式人工濕地，規(guī)格為3.8m×1.8m×1.0m。設(shè)置隔板將PVC板槽均分為四個濕地處理單元（1#-4#），在每個單元兩端由擋板將濕地床分為進水槽、濕地床和出水槽3個部分，濕地床內(nèi)放置粒徑均勻的碎石、細石、活性污泥等基質(zhì)，移植根系發(fā)達的蘆葦。其中濕地床1#-2#為垂直下（上）行系統(tǒng)，槽中垂直設(shè)置4根DN80mmPVC開孔管水管平行布置高于濕地單元和其底部；3#-4#均為潛流濕地處理系統(tǒng)，進水槽與濕地單元之間的隔板為開孔板由一側(cè)均勻開孔的進水槽入水。

1.2 實驗材料。采用2.0-3.5cm的粗碎石分層均勻裝填各濕地處理單元，填充高度為70cm，在每個濕地單元內(nèi)種植生物量相當?shù)奶J葦、黃花鳶尾及香蒲苗作為濕地植物，加10cm厚的細碎石覆蓋層，保持碎石床濕潤，待植物扎根生長后；將污泥溶液計量流入人工濕地板槽，緩慢升高水位，形成富營養(yǎng)化溶液育碎石床生物膜。

1.3 實驗水質(zhì)及分析。按照城鎮(zhèn)污水處理（GB18918-2002）一級排放標準人工配水，加藥曝氣攪拌均勻后，停止曝氣，測定其中COD為40-60mg/L、TP為1.6-2.6mg/L及NH3-N為0.4-0.9mg/L，TN為3.3-5.3mg/L。經(jīng)高壓泵用浮子流量計（LZB-15S）計量進水流量直接流入垂直下行流（1#濕地）、上行流（2#濕地）及潛流（3#濕地），測定出水COD、TN、TP及NH3-N含量。

1.4 實驗內(nèi)容。研究不同布水方式對人工濕地凈化效果的影響，選取1#垂直下行、2#垂直上行、潛流3#人采用300mm/d水力負荷，試驗時間為11-2月，濕地內(nèi)部水溫為6.8-10℃，對比不同布水方式下人工濕地的污染物去除率，為后續(xù)試驗研究提供參考依據(jù)。

2、結(jié)果與討論

2.1 冬季低溫污水COD去除效果。COD是水體耗氧有機污染物的綜合指標，用來指示水體中有機物的含量。不同布水方式下人工濕地COD的去除率均在一定范圍內(nèi)波動（圖1），變化趨勢相似，這主要是因為濕地在溫度較低時啟動運行，碎石床基質(zhì)中的微生物活性不高，植物根系未完全深入基質(zhì)。但整體看來，垂直下行流（1#濕地）、上行流（2#濕地）對COD去除效果相近，分別為26.5-63.3%及19.3-63.0%，高于潛流濕地的COD去除率15.0-49.0%；不同布水方式對濕地COD去除效果有一定影響。

2.2 冬季低溫污水TN去除效果。由圖2可以看出，各濕地TN去除效果呈平穩(wěn)上升的趨勢至12月5日，垂直下、上行流TN去除率分別由14.3%和12.6%升高至20.16%和33.14%，潛流濕地亦TN去除率在此期間由22.3%升至29.0%；之后由于降溫，進水溫度降低而微生物作用微弱，TN去除率均出現(xiàn)明顯的下降趨勢，三種布水方式下TN去除率依次降為7.1%、5.1%及5.2%?？傮w看來，在試驗期內(nèi)，潛流濕地TN去除效果好于垂直上、下行流，上行布水好于下行布水。

2.3 冬季低溫污水NH3-N去除效果。實驗期內(nèi)，濕地內(nèi)部水溫降至12℃以下（圖3），在6.2-8.5℃的溫度區(qū)間，而溫度對濕地硝化作用的影響非常顯著，低溫時硝化作用受到較大的抑制，由于死亡植物、微生物體等的釋放，系統(tǒng)出水會有一個銨根的凈產(chǎn)量，出現(xiàn)出水氨氮濃度大于進水的情況。

2.4 冬季低溫污水TP去除效果。不同布水方式對濕地TP的去除影響規(guī)律明顯（圖4），與TN相似，各濕地TP去除率層顯上升后下降的趨勢，垂直上行流12月3日前TP去除率在12.3-42.4%，高于垂直下行流濕地23.9-27.9%，以及潛流濕地16.3-28.1；之后三濕地TP 去除率依次下降為16.8%、3.4%和6.8%。

3、結(jié)論與探討

3.1 文獻表明濕地的處理效果一般要在濕地植物生長穩(wěn)定運行1-2年以上，本研究引入活性污泥育人工濕地碎石床，模擬成熟狀態(tài)下的濕地。濕地單元污染物COD去除率在30-60%之間，隨溫度上升有一定增高趨勢；氨氮在濕地的反增加在其它人工濕地冬季運行案例中亦見到，植物的生長及在水流中的途徑DO含量是重要影響因素。

3.2 垂直下行流濕地（1#）布水管在碎石床表面上，存在衛(wèi)生隱患及冬季運行難的問題，植物長勢明顯劣于其它；垂直上行流（2#）濕地在1月21日時，進水管堵塞，曝氣反沖洗后前端仍無氣泡，如果繼續(xù)由此管布水即會引起水流短路，將最低部取樣管改為布水管，同時增加曝氣反沖端。分析認為，如采用垂直流，上行流較衛(wèi)生，同時冬季可以采取升水位結(jié)冰保溫的措施，需設(shè)曝氣設(shè)備；潛流從衛(wèi)生及堵塞來看優(yōu)于垂直流，對冬季去除率也有一定的保證。

3.3 我國大部分人工濕地工程都在南方，北方的應(yīng)用較少，這主要是因為濕地凈化水質(zhì)的過程中，對SS的去除效果在90%以上，隨著時間推移，濕地中部分營養(yǎng)物質(zhì)逐漸積累，加上植物的腐敗，維護不當，很容易產(chǎn)生淤積、阻塞現(xiàn)象；同時，微生物及水生植物對水體中污染物的吸收和降解起到關(guān)鍵的作用，二者受溫度影響極大。因此，濕地技術(shù)在北方大面積推廣使用需要強的預處理，在預處理階段將困擾濕地的運行效果的堵塞和有機負荷（包括氮負荷）極大的降低。

參考文獻：

[1]雒維國，王世和等.潛流型人工濕地冬季污水凈化效果[J].中國環(huán)境科學，2006，26（suppl）：32-35.

[2]申歡，胡洪營，潘永寶.潛流型人工濕地冬季運行的強化措施研究[J].中國給水排水，2007，23（5）：44-46.

[3]申歡，胡洪營，潘永寶.人工濕地在冬季低溫地區(qū)的應(yīng)用研究[J].建筑與預算，2016（8）：26-28.