通風結構人工濕地處理污泥滲濾液氨氮變化

婁會 李紅欣 于婷婷等

摘 要：人工濕地技術是一種新型的污泥處理系統(tǒng)，是一種天然凈化與人工處理相結合的復合工藝，充分利用植物、微生物、植物根系以及介質所具有的物理、化學特性將污水凈化，最大限度地利用生物循環(huán)鏈條、減少化學化工投入。文章主要研究人工濕地污泥干化蘆葦床滲濾液氨氮的變化特征，最終探究出滲濾液氨氮的變化規(guī)律，為蘆葦技術作出科學依據(jù)。

關鍵詞：人工濕地；滲濾液；污泥脫水

1 簡介

從20世紀80年代開始，在歐洲和美國等地陸續(xù)使用污泥干化蘆葦床進行污泥脫水，污泥濕地處理技術應用的大量運行經(jīng)驗來自于丹麥，大型的人工濕地已經(jīng)實行了計算機遠程控制，通過視頻來監(jiān)控系統(tǒng)運行。我國1988年建立了第一個人工濕地系統(tǒng)后，在全國多個省市建成多處不同處理規(guī)模的人工濕地處理工程，并且在人工濕地凈化機理、系統(tǒng)控制、設計及運行參數(shù)等方面均取得可喜的進展。它具有處理效果好（COD的去除率約60%～80%）、氮磷去除能力強（TN和TP的去除率分別為60%和80%）、運轉維護及管理方便、工程基建和運轉費用低以及對于負荷變化適應能力強等主要特點，比較適合技術管理水平不高、規(guī)模較小的城鎮(zhèn)或者鄉(xiāng)村的污水處理使用。

污泥干化蘆葦床體內(nèi)部植物根系和填料表面生長的生物膜使填料床中形成了好氧、兼氧和厭氧區(qū)域三者同時并存的狀況，因此蘆葦床中微生物的數(shù)量、種類及其特性對處理效果以及滲濾液氨氮的變化有著很大的影響。脫氮主要是通過水生植物吸收、微生物的硝化和反硝化以及氮的揮發(fā)等途徑來實現(xiàn)的。

2 試驗裝置與方法

2.1 人工濕地裝置

人工濕地內(nèi)部構成要素主要有填料、微生物、濕地植物、水體。填料是影響人工濕地中水力性能、植物生長和系統(tǒng)堵塞的重要因素。填料又稱基質，是人工濕地中植物和微生物生長的載體，主要通過吸附沉降，基質表面生物膜和微生物共同作用去除廢水中的污染物。根據(jù)需要將不同粒徑的材料，按照一定的厚度鋪設成人工濕地床體。本文中床體內(nèi)的填料高度為65cm，由上至下依次為爐渣礫石、粗砂、細沙；為污泥積存提供足夠的空間設置超高部分為65cm。進泥由配泥管完成，將排水管設置在各單元底部供滲濾液排出收集。

植物是人工濕地構成要素之一，也是污泥處理的一個重要元素。污泥的脫水和礦化主要是由于植物的蒸騰作用。由于植物種類的不同其在營養(yǎng)吸收能力、根系深度、氧氣釋放量、生物量和抗逆性等方面存在差異。因此本文選擇了適應性廣、抗逆性強、根系發(fā)達、對污染物吸收能力強、易于管理的蘆葦作為濕地種植研究。蘆葦具有向根系傳遞氧的能力，在根系周圍形成局部的微氧環(huán)境，以及其發(fā)達的根莖所形成的與大氣連通的細微通道，激發(fā)了污泥的脫水、腐殖化和礦化進程。

2.2 試驗方法

將有效面積為3.0m×3.0m的濕地平均分為1、2、3個單元，其中1、2單元設立通氣管，2、3單元栽種蘆葦，各單元獨立運行。試驗運行采用了間歇流進泥，以7天為一個周期，在每個周期的第一天給每個單元進泥量300L。進泥時將污泥沿單元長度方向均勻布滿床體表面。進泥完成后污泥中的水分部分靠蒸發(fā)、蒸騰損失，大部分靠重力作用經(jīng)填料層過濾經(jīng)床體底部的排水管排出，然后人工采集取樣，而濃縮的污泥固體則被截留在床體表面。試驗階段共進行8次樣品采集。

在向各單元內(nèi)間歇性均勻布泥待濕地表面形成一層固定的污泥層之后，需要考察2單元和3單元的蘆葦植物是否存在燒苗現(xiàn)象。這是由于污泥中的氮、磷濃度過高導致滲透壓過大，從而產(chǎn)生燒苗現(xiàn)象。經(jīng)試驗發(fā)現(xiàn)，2單元和3單元的蘆葦都能夠正常生長，證明系統(tǒng)可以正常運行。在試驗期間觀察到，由于設有通氣管的原因，2單元蘆葦發(fā)芽較3單元早，莖葉也比3單元的蘆葦粗壯，不但長勢良好而且植株的密集度明顯高于3單元。

3 結果

圖1為滲濾液氨氮濃度歷時變化曲線。從滲濾時間與氨氮濃度的關系可以看出，滲濾初期的一個小時內(nèi)，氨氮濃度明顯降低，原因是在植物本身直接吸收同化含氮化合物，以及其根系分泌物可促進某些微生物、細菌的生長，提高整個濕地生態(tài)系統(tǒng)微生物數(shù)量，促進氮釋放、轉化，。導致污泥滲濾液中氨氮的含量下降。接下來的幾個小時內(nèi)有相對較小的增長。隨著時間的增長微生物分解有機氮化物產(chǎn)生氨，使得氨氮含量緩慢增長始終遠小于進水的濃度以至趨于穩(wěn)定。

圖1滲濾液氨氮濃度歷時變化

4 結束語

研究結果表明，人工濕地對氮的去除起重要作用的是污泥中微生物的硝化、反硝化作用。微生物能利用污泥干化蘆葦床中存在的微環(huán)境條件促進污泥中氮的轉化，以及蘆葦根系氨氮的吸收作用。使得去除氨氮的效果增強，進而影響污泥滲濾液中氨氮含量變化。