三级人工湿地对富营养化景观水体的净化效果

三级人工湿地对富营养化景观水体的净化效果

2003年1月至12月，景龙等人利用碎石为填充的应急工程湿地对航空路段的景观水流进行了处理。结果表明，该工艺对污染、cod和绿核藻类的去除率较高（各68%、30%、46.6%和85%），但氮和磷的去除率较低。在运营前两个月，tn和tp的去除率分别为15.1%、20.4%和5.8%。14.3%。此后，去除率继续降低，废水中的磷浓度高于废水。同时由于进水中含有的DO逐渐耗尽,使得出水有明显的氨臭现象。笔者在原有的湿地装置上进行改造,形成了由砾石、沸石和粉煤灰组成的三级人工湿地系统,以期逐级去除富营养化水体中的有机物、氮和磷。1试验安装和流程1.1湿地装置运行状态闵行校区清源河原为排洪用河浜,后由于修建道路而被分为3部分,通过道路下设置的直径约300mm的混凝土涵管相通,由于通水闸门常年关闭,河道内水体几乎不流动。湿地装置设在清源河西段,以该段水体作为试验水体,中段成为过渡水体,东段为对照水体。2003年1月—12月清源河的水质监测数据(见表1)表明,该水体有机物浓度低,氮、磷浓度高,水体透明度差,为典型的有机低污染富营养化水体。1.2人工湿地的铺设采用的湿地系统由两平行槽体组成,单槽尺寸(长×宽×高)为25m×0.7m×0.8m,槽内填充填料,填料上层覆盖通气性土壤,并种植草皮。其中槽Ⅰ全部填充砾石,其粒径为8~10cm;槽Ⅱ前10m填充相同粒径的砾石,中间7m改为直径为3~5cm的天然沸石填料,后7m放置平均直径为5cm的粉煤灰,三段之间均留有0.5m宽的取样井。流程如图1所示,河水由潜水泵输送到原水井,通过重力作用流经两槽构成的人工湿地,湿地出水进入出水井,通过管道直接流回景观河流中。单槽处理流量为60m3/d,试验时间为2004年5月25日—9月15日。1.3其他抗分光光度法浊度:分光光度法;透明度:十字法;COD:重铬酸钾法;DO:膜电极法;NH+4-N:纳氏试剂分光光度法;TN:过硫酸钾氧化—紫外分光光度法;TP:钼锑抗分光光度法;蓝绿藻:血球板计数法。2结果与讨论2.1槽和槽对cod的去除试验期间进水COD为25.5~54.5mg/L,槽Ⅰ和槽Ⅱ对COD的去除率稳定在36.0%~79.8%和40.3%~61.9%,两槽对COD的去除没有表现出明显的差别。在湿地系统启动的前2周,槽Ⅰ和槽Ⅱ对COD的去除率分别达到40.6%和50.8%。因此,就去除COD而言,可以认为两槽在通水2周内即完成启动。从沿槽水流方向的COD去除来看,两槽对COD的去除主要是在前10m内(砾石段)完成的,后10m对COD的去除作用则较小。2.2nh+4-n的变化从两槽中NH+4-N和DO的总体变化来看,槽Ⅰ沿水流方向NH+4-N浓度一直处于上升状态(从0.77mg/L增加到2.38mg/L),而槽Ⅱ在前10m内NH+4-N处于快速上升阶段,经过中间10~17m的沸石段NH+4-N几乎不增加,再经过最后粉煤灰段NH+4-N浓度降至0.98mg/L,但比进水浓度仍高0.21mg/L。在采样过程中发现槽Ⅰ的出水口处有较强的氨臭,而槽Ⅱ氨臭现象则较轻微。两个装置前10m处去除有机物大量消耗DO,同时湿地系统复氧不足,是造成硝化速度缓慢和NH+4-N累积的原因。添加沸石后,虽不能完全消除出水氨臭现象,但能有效地减少出水中氨的含量。2.3槽对tn的去除效果试验期间槽Ⅱ对TN的去除率为28.7%~62.9%,而槽Ⅰ对TN的去除率为6.5%~21.4%,最后两周去除率最高(达到30.6%)。可以看出槽Ⅱ对TN的去除率比槽Ⅰ高一倍以上。原水中有机氮进入槽Ⅱ后被转化为NH+4-N,而NH+4-N又被沸石吸附,从而使TN得以去除,这就是槽Ⅱ的TN去除率比槽Ⅰ高出一倍的主要原因。2.4槽对tp的去除效果装置运行期间进水TP浓度在前两周为0.13mg/L,之后为0.31~0.47mg/L。槽Ⅱ对TP的去除率为35.1%~65.3%(平均为47.4%),槽Ⅰ对TP的去除率为6.8%~54.4%(平均为25.0%,较槽Ⅱ低22.4%)。槽Ⅱ中17~25m(粉煤灰段)处对TP的去除率为24.2%~75.0%(平均为39.8%),槽Ⅰ中相对应的砾石段对TP的最高去除率为16.3%,其余段几乎没有去除效果,甚至出现磷含量增加的现象。可以看出,槽Ⅰ对TP的去除在前17m砾石段占TP总去除率的90%以上;对于槽Ⅱ,后7m粉煤灰段的物化吸附是去除TP的主要原因,前17m砾石段对TP的去除率仅占TP总去除率的10%~30%。两槽对TP的去除特性表明,三级人工湿地较好地解决了单纯以砾石为填料的单级人工湿地磷去除率低的问题,改善了湿地系统的除磷性能。2.5出水浊度及去除率在装置运行期间两槽进水浊度均为31.1NTU,出水浊度分别为6.5NTU和6.7NTU,去除率均为78%左右。出水透明度均相应提高到1m以上。2.6反应物去除率比较试验期间两槽进水蓝绿藻均为8.6×108个/L,出水均为3.2×108个/L,去除率均为63%左右,较2003年的(去除率为85%)有所下降,但两槽对蓝绿藻的去除没有表现出明显的差异。3水体比及运行情况2004年6月—8月清源河三段水体的月平均水质变化见表2。可见东段水体的COD、TN、TP均较西段水体高。在装置运行期间,东段水体一直处于蓝绿藻爆发状态,而西段水体没有出现蓝绿藻爆发现象,中间过渡水体也只出现少量的蓝绿藻,且只维持2~3d。这表明,人工湿地系统能有效地改善富营养化景观河流的水质,控制蓝绿藻的爆发。4有机物及磷污染物的去除①三级人工湿地与单级人工湿地相比,具有更好的脱氮除磷性能,同时能减轻出水中的氨臭现象。两种湿地系统均具有较好的去除有机物、浊度和蓝绿藻效果。②在三级