垂直流模拟湿地对氮磷的去除

1、模拟垂直流人工湿地系统净化水体氮磷探究实验摘 要 通过对垂直流人工湿地系统实验室模拟实验（主要有物理吸附、生物膜利用等），以人工添加污水方式（无恒定流量）设计不同装置，从填料差异，水体运行停留时间等方面来分析影响垂直流人工湿地脱氮除磷的因素，进而为得出实验最佳装置设计方式以及探究垂直流人工湿地去除工业污水中氮磷设计。关键词 实验模拟 垂直流人工湿地 无恒定流量 总氮 总磷 去除效率 人工湿地是一种由人工建造和监督控制的、与沼泽地类似的地面，它是利用自然生态系统中的物理、化学和生物的三重协同作用来实现对污水的净化湿地系统主要由各种具有透水性的基质、水生植物、水体、湿地中低等动物和好氧或厌氧微生物

2、种群五部分组成 垂直流湿地属于潜流型人工湿地的一种，其综合了地表流人工湿地系统和潜流人工湿地系统地特性。在垂直潜流人工湿地中，污水从湿地表面纵向流向填料床的底部，床体处于不饱和状态，氧可通过大气扩散和植物传输进入人工湿地系统，该系统的硝化能力一般高于水平潜流湿地，可用于处理氨氮含量较高的污水垂直流人工湿地系统运行情况是否良好取决于进水水质（污染物形态，种类）、湿地的设计以及出水水质要求等因素，在实验室中模拟垂直流人工湿地，通过不同的装置填料设计，比较去除氮磷的效果，从而探讨影响垂直流湿地去除氮磷的因素。实验室模拟垂直流人工湿地系统对氮磷的去除作用（主要有物理吸附、生物膜利用等）设计不同装置，从

3、填料成分差异、填料配比差异、水体停留时间等方面综合分析影响垂直流人工湿地脱氮除磷的因素，研究该处理系统的除磷效果。探究重点在于，填料种类、填料分装位置、污水停留时间、生物膜形成情况对总氮总磷去除效果的影响。结果分析重点在于，流速、去除率、去除量1. 材料和方法 1.1实验装置 本实验设计主体装置为垂直流湿地模拟柱；所有柱子统一为柱高30cm，内径15cm的透明塑料圆柱，在圆柱的上下各有一个突出的小管，分布在直径两侧，成为进水和出水口。出水口高出内底2cm；共24柱1.2填料 配比 柱子分六种处理，每个处理4个平行。、填料混匀之后装柱，有机质占总重的15%处理一：土壤3.8市斤、有机质 （编号1

4、、2、3、4)处理二：蛭石4市斤、有机质（编号5、6、7、8）处理三：砂5市斤、有机质 （编号9、10、11、12）处理四：砂2.5市斤、蛭石2.5市斤、有机质（编号13、14、15、16）、填料由下往上配比装柱处理五：公分石（5cm合1223g）、腐殖质（5cm合275g）、土壤（10cm合1585g）、公分石（5cm合1223g）（编号、）处理六：公分石（4cm合811.5g）、腐殖质（5cm合275g）、细沙（12cm合2000g）、粗砂（4cm合1000g）（编号、）处理1、2、3、4与处理5、6之间装柱时间间隔为4个月填装示意图：公分石5cm土壤10cm腐殖质5cm公分石5cm公分石

5、4cm腐殖质5cm细沙12cm细沙4cm总高25cm处理五处理六1.3污水指标 污水配比执行国家生活污水排放标准（GB 189182002）一级A标N浓度 15mg/L,P浓度0.5mg/L，COD浓度50mg/L。具体配比如下： 根据尿素、十二水磷酸氢二钠、蔗糖中N、P、C含量，按每15L自来水添加尿素0.48214g 、十二水磷酸氢二钠0.086613g 、蔗糖1.55223g的标准，分别将三种物质溶解后搅拌均匀配制成实验污水。1.4实验方法装柱前测定每根柱子的流速，装柱后每周二固定时间测定流速，用水满足本实验污水标准；由流速大小比照判断生物膜形成情况每个柱子自成系统、互不干扰，添加污水后

6、用保鲜膜封口透气处理测定不同停留时间内，柱中污水氮磷含量，分析对污水中氮磷的阻流和去除效果，具体停留时间为1d、7d、7d；碱性过硫酸钾消解紫外分光光度法（HJ 636-2012）测定总氮，钼酸铵分光光度法(GB 11893-89)测定总磷。所有数据统计分析在Excel和SPSS软件中处理。2、结果分析2.1垂直流人工湿地系统生物膜的形成情况表1.1-16号柱子流速减小的百分比以上图表显示：1-16号柱子出（除10、14）流速都逐渐减小，且呈正向趋势；因此可以推断生物膜生成情况：处理一>处理二、三>处理四表2.-号柱子流速减少的百分比二者生物膜生成情况相差不大2.2不同停留时间及处

7、理设计对N、P去除率比较表3. 不同处理及停留时间对氮、磷污染物去除率的影响处理停留1d去除率%停留7d去除率%停留大于7d去除率%TPTNTPTNTPTN187.43a57.99bc93.22a58.79bc82.59a44.00c264.55b68.56b65.70bc82.00a78.86b72.15b344.30c34.74d60.98c44.07c83.40a41.48c458.73b86.26a67.67b88.34a69.23b86.16a563.65b51.61c67.89b60.09b16.75d24.31d663.65b37.24d69.39b57.86bc28.00c15

8、.29d不同小写字母标注表示同列数据有显著差异（lsd0.05）同一时间不同处理分析如下：表4.停留1d不同处理的氮磷去除率污水在柱子里停留一天，测定以后对氮磷的去除效果表现并不一致，可以得出结论：对总磷吸收效果最好的的是处理一（土壤+有机质）；对总氮处理效果最好的是处理四（砂+蛭石+有机质）；对氮磷同时有着高效吸收的是处理二（蛭石+有机质）；前四组的处理效果比后两组好。 表5.停留7d不同处理的氮磷去除率污水在柱子内停留7天，处理效果比停留1天提高很多；同样的是处理一总磷去除效果好，处理四总氮去除效果好；而不同的是处理五和六的处处理效果明显增加。表6.停留时间大于7天不同处理对氮磷的去除率污

9、水在柱子内停留时间超过七天，前四组处理基本稳定，同停留1天和7天相比处理效果有小幅度波动，但是此时生物膜基本生长完成，湿地处于稳定状态，对外界因素抗性增强；整体处理效果最佳的是处理二；脱氮效果最佳为处理一；去磷效果最佳为处理四；处理五和六长时间停留处理效果差；2.3不同停留时间设计效果比较表7.不同时间的总磷去除率比较一到四组处理效果呈逐渐上升趋势；处理五和六在7d后，处理效果明显呈下滑趋势。表8.不同处理对总氮的去除比较从以上图表所显示数据所表现的柱子对氮磷的处理效果可得出：前四组停留时间越长，处理效果越好；后两组效果停留7d>停留1d天>停留无限长；其中的原因可能：1、装柱方式

10、：前四组处理装柱时先将填料混合，然后再填装；这样有机质能均匀的分散在装置内的各个地方，有助于生物膜的形成；同时在没有恒定流量的方式下，装置内各个部位都能有效吸收氮磷；后两组采用分层装柱，其缺点是在此实验条件下，无法在装置内各部位有效的形成生物膜，对氮磷的吸收不完全，从而影响对氮磷的吸收效率。2、装柱时间：前四组处理装柱时间比后两组处理装柱时间早4个月，装柱以后灌入污水，有充分的时间形成生物膜，且在同一环境条件下形成生物膜的速率只和柱子本身填料有关。装柱时间越长，生物膜形成越完整，对氮磷的去除效果越好。2.4不同停留时间设计对N、P去除量比较表8.不同处理一天和七天的总磷去除量上表结合处理方式可

11、以得出：若只含两种填料，则土壤和有机质的对磷的去除量最大，蛭石和细沙的吸收效果比土壤弱。总氮处理量比较1、 两种以上填料>两种填料2、 土壤对磷的去除量最大，由于土壤中本来就含有微生物，其通话效果明显表9.不同处理一天和七天的总磷去除量总氮的去除量比较：处理四去除效果明显高于其他处理2.5净化后水质表10.地表水环境质量总氮总磷标准分类 标准值 项目类类类类类总磷（以P计）0.02(湖、库0.01)0.1(湖、库0.025)0.2(湖、库0.05)0.3(湖、库0.1)0.4(湖、库0.2)总氮（湖、库，以N计）0.20.51.01.52.0表11.净化后污水含磷量经湿地处理后所有柱子总

12、磷都达到IV类水标准，停留七天后总磷基本都达到III类水标准。表12.净化后污水含氮量 经湿地处理后，只有处理四的柱子总氮达到V类水标准，其他柱子虽然都能一定程度的去除氮磷，但是都无法达到V类水标准。3、结论本实验研究表明，填料类型、装填方式、污水停留时间对垂直流人工湿地去除氮磷的效果有综合的影响。填料影响垂直流湿地的脱氮除磷效果。各种填料的结构不同，其对N、P的吸附性有明显差异填料应采用大于两种，而不只是一种填料加有机质，有机质在填料中作用明显，它有利于更好的吸收氮磷；其中，最佳填料组合：砂+蛭石+有机质+土壤污水在湿地内停留时间长则对氮磷吸收效果更好，处理一（土壤+有机质）：污水在柱子内停

13、留一天时对总磷吸收效果最好；处理二（蛭石+有机质）：对氮磷同时有着高效吸收 处理四（砂+蛭石+有机质）：对总氮处理效果最好前四组由于生物膜的生成状态良好，处理效果较后两组要高。污水在柱子内停留7天，处理效果比停留1天提高很多；同样是处理一总磷去除效果好，处理四总氮去除效果好；而不同的是处理五和六的处处理效果明显增加；此实验最佳停留时间为7天。参考资料1 贺锋，吴振复合垂直流人工湿地对氮的净化效果 中国给水排水，2004，20（10）：1821 2 Kivaisi ,A. K. The potential for constructed wetlands for wastewater treatment and reuse indeveloping countries: a review. Ecological Engineering, 2001, 16:5455603 郭本华，宋志文，李捷，等3