污染負荷對人工濕地污染處理效果的影響

張 萍，和麗萍，陳 靜，楊逢樂，田 軍

(云南省環(huán)境科學研究院，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70年代，具有建造及運轉費用低、維護簡單、效果好、適用面廣、對負荷變化的適應能力強等特點。一般來說，人工濕地對進水污染負荷的承受能力有一定的范圍，污染負荷過大或過小均會影響其去除效率。根據(jù)國內外經(jīng)驗及人工濕地特點，本研究選擇實際運行的撫仙湖馬料河人工濕地及窯泥溝人工濕地，通過實測水質監(jiān)測數(shù)據(jù)分析研究，考查人工濕地在不同污染負荷條件下的凈化效果。

1 研究條件與方法

1.1 人工濕地建設及處理工藝

試驗選取建設于撫仙湖北岸污染較為嚴重的馬料河、窯泥溝的兩個人工濕地。撫仙湖窯泥溝人工濕地位于撫仙湖北岸，占地面積33畝，設計處理能力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個村莊的生活污水和上萬畝農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，設計處理能力為1.5萬m3/d，主要處理撫仙湖北岸馬料河流域的農業(yè)面源及村落污水。兩個人工濕地均采用獨創(chuàng)式復合型人工濕地自流凈化工藝，工藝流程見圖1。

1.2 測試項目及方法

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個采樣點的7項水質指標進行了30次采樣監(jiān)測。4個采樣點分別為濕地進水口、氧化塘出水口、潛流濕地出水口、表面流濕地出水口。7項水質指標為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 人工濕地進出水水質

馬料河人工濕地以及窯泥溝人工濕地系統(tǒng)的進水濃度平均值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)境質量標準》(GB3838－2002)對兩個濕地系統(tǒng)的出水水質平均值進行判別，出水水質為劣Ⅴ類。

2 污染負荷與去除率的相關性分析

2.1 氮磷進水濃度與去除率

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

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

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

2.2 有機物及懸浮物進水濃度與去除率

CODCr、BOD5及SS去除率基本上是隨著進水濃度的下降而逐漸下降。

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

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

2.3 人工濕地最佳進水濃度

綜合考慮各項水質指標進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荷，馬料河人工濕地系統(tǒng)的最佳污染負荷為: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。

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

3 研究結論

(1)隨著濕地的運行，馬料河人工濕地和窯泥溝人工濕地的進水不斷上升，而各項水質指標的去除率逐漸下降，故出水濃度也隨之上升，且進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時凈化效果最好，為71.31%;TP濃度為0.49mg/L時為75.51%;CODCr濃度為134.64mg/L時為81.82%;SS濃度為7.56 mg/L時為67.64%。綜合考慮各項水質指標進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荷，馬料河人工濕地系統(tǒng)的最佳污染負荷為: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時凈化效果最好，為72.10%;TP濃度為2.12mg/L時，為71.31%;CODCr濃度為166.32mg/L時，為79.76%;SS濃度為55.56mg/L時，為96.00%。綜合考慮各項水質指標進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荷，窯泥溝人工濕地系統(tǒng)的最佳污染負荷為: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水濃度與各項水質指標的凈化效果相關性分析得知，綜合考慮各項水質指標進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荷，人工濕地系統(tǒng)的最佳污染負荷為: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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