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　　農(nóng)村生活污水具有廣泛性、分散性、來源多、增長快等污染特點(diǎn)，農(nóng)田灌溉污水具有隨機(jī)性、蔓延性、難監(jiān)測性、時(shí)空變化性、污染滯后性和潛在威脅性等污染特點(diǎn)，我國農(nóng)村往往這兩種污水同時(shí)存在。因此，對兩種混合污水進(jìn)行處理十分必要。人工濕地與其他污水處理技術(shù)相比，具出水水質(zhì)穩(wěn)定、抗沖擊力強(qiáng)、操作簡單、建設(shè)及運(yùn)行費(fèi)用低、污染物去除效果好且兼具美學(xué)價(jià)值等優(yōu)點(diǎn)，適合我國國情，尤其是滿足農(nóng)村污水處理要求。

　　株洲攸縣某公園人工濕地的進(jìn)水來源主要為上游居民區(qū)生活污水及農(nóng)田灌溉污水，水量為1000～1200 m3/d。在比較各類型人工濕地優(yōu)缺點(diǎn)后，選擇“表流-潛流”串聯(lián)組合人工濕地模式來處理農(nóng)村生活與農(nóng)田灌溉污水的混合污水。

　　1 材料與方法

　　1.1 工藝流程與參數(shù)

　　本系統(tǒng)采用“表流-潛流”串聯(lián)組合人工濕地模式，設(shè)計(jì)水量為1200 m3/d，人工濕地總面積為1500m2，共有10個(gè)單元模式工藝，可分為生活污水和農(nóng)田灌溉污水兩套處理系統(tǒng)，工藝流程見圖1，參數(shù)見表1，設(shè)計(jì)出水水質(zhì)達(dá)到《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB18918—2002)一級 A 標(biāo)準(zhǔn)。

　　1.2 植物配置

　　人工濕地各單元植物配置方案見表2。

　　1.3 材料與方法

　　1.3.1 取樣方法

　　根據(jù)水體沿程流向，分別在 A1、A2 進(jìn)水口及各單元的出水口處布設(shè)12個(gè) 采樣點(diǎn) 。取 水時(shí)間為

圖１  人工濕地系統(tǒng)工藝流程示意圖

　　1—12月，每隔10天取樣，取6次，以平均值計(jì)取。

　　1.3.2 實(shí)驗(yàn)方法

　　水樣采集后，立即送達(dá)實(shí)驗(yàn)室，樣品保存在4 ℃的冰箱中備用。選擇具有代表性的指標(biāo)：COD、TN、TP、氨氮。各指標(biāo)測試方法均按照文獻(xiàn)[1]進(jìn)行。用直尺測量植物株高和最大根長;稱重法測量1 m2 植物的鮮質(zhì)量，計(jì)算整個(gè)單元植物鮮質(zhì)量;植物樣用自來水洗凈后濾去多余水分，稱取1kg植物裝在潔凈的信封內(nèi)，在105 ℃的烘箱內(nèi)殺青30 min后，將烘箱溫度調(diào)到75 ℃，烘至恒量，稱得干質(zhì)量后，將烘干的植物樣用粉碎機(jī)粉碎，過60目細(xì)篩后，裝入密封袋備用。

　　1.3.3 數(shù)據(jù)處理

　　數(shù)據(jù)處理與圖表繪制使用 MicrosoftExcel和rigin軟件。

　　2 結(jié)果與討論

　　2.1 進(jìn)水水質(zhì)

　　根據(jù)進(jìn)水質(zhì)量濃度(見表3)，按單因子評價(jià)方法水質(zhì)均屬于《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB3838—2002)中劣Ⅴ類。系統(tǒng)兩個(gè)進(jìn)水口各污染物濃度指標(biāo)差異明顯，生活污水 COD 較高，而農(nóng)田灌溉污水中 TN、TP 濃度較大。

　　2.2 污染物的去除效果分析

　　2.2.1 COD 的凈化效果

　　由圖2和圖3 可知，生活污水和農(nóng)田灌溉污水處理 系 統(tǒng) 中 B3/B6 單 元 COD 去 除 率 分 別 為74.03%、35.45%，COD 分別為47.62、40.60 mg/L;系統(tǒng)出水 COD 為 39.10 mg/L，達(dá)到 GB18918—2002一級 A 標(biāo)準(zhǔn)(50 mg/L)。潛流單元，兩套系統(tǒng)COD 均呈現(xiàn)沿程降低的趨勢;表流單元，兩套系統(tǒng)COD 變化差異顯著，生活污水處理系統(tǒng) COD 呈降低趨勢，農(nóng)田灌溉水處理系統(tǒng) COD 大體呈沿程增加趨勢。原因?yàn)椋篈1/A2 單元出水在 A3 單元混合后沉淀，防止 COD 過高導(dǎo)致系統(tǒng)負(fù)荷過大。生活污水處理系統(tǒng)進(jìn)水 COD(183.44 mg/L)為農(nóng)田灌溉污水處理系統(tǒng)(62.90 mg/L)的2.92倍，濃度差異極大，故在 A3 單元混合后，農(nóng)田灌溉污水處理系統(tǒng)COD 不降反增，并導(dǎo)致在 A3 單元去除率呈負(fù)值。同理，生活污水處理系統(tǒng)的 COD 去除率高于農(nóng)田灌溉水系統(tǒng)也是由于其初始濃度較高造成的差異。

　　B1/B4、B2/B5、B3/B6平行單元之間兩兩比較，

　　COD 的去除效果呈現(xiàn) B4>B1、B5>B2、B3>B6 的規(guī)律。植物根長也呈現(xiàn)出類似規(guī)律，植物 COD 的去除率與最大根長呈現(xiàn)顯著正相關(guān)(p<0.05)，這與劉霄等[2]的研究結(jié)果一致。由圖3 可知，潛流單元的 COD 單段去除率沿程呈現(xiàn)先升后降的趨勢，原因可能為：前端污染物濃度較高，可供植物吸收利用的有機(jī)養(yǎng)分較多，故去除率先升高。劉銳研究表明，COD 主要集中在濕地的前1/4 段被去除，系統(tǒng)后半部分對其去除率貢獻(xiàn)不大。沿程目標(biāo)污染物基數(shù)逐漸減小，去除率又逐漸降低。具體聯(lián)系污水寶或參見http://www.dowater.com更多相關(guān)技術(shù)文檔。

　　2.2.2 TN 的凈化效果

　　由圖4和圖5 可知，生活污水和農(nóng)田灌溉污水處理系統(tǒng)中B3/B6單元 TN 去除率分別為62.48%、80.23%;TN 分別為1.91、1.70 mg/L;系統(tǒng)出水 TN為1.52 mg/L，達(dá)到 GB18918—2002 一級 A 標(biāo)準(zhǔn)(15 mg/L)。潛流單元，兩個(gè)系統(tǒng) TN 的變化趨勢基本一致，呈現(xiàn)沿程降低的趨勢;表流單元，生活污水處理系統(tǒng) A3單元去除率呈現(xiàn)負(fù)值。原因是由于氮磷肥的施用，農(nóng)田灌溉污水進(jìn)水中的 TN 遠(yuǎn)高于生活污水，故在 A3單元混合后，生活污水處理系統(tǒng)TN 不降反增。由于生活污水處理系統(tǒng)進(jìn)水 TN(5.09 mg/L)和 農(nóng) 田 灌溉污水處理系統(tǒng) (8.60mg/L)的差異導(dǎo)致農(nóng)田灌溉污水處理系統(tǒng)的 TN 去除率高于生活污水處理系統(tǒng)。

　　對 B1/B4、B2/B5、B3/B6 潛流平行單元之間單段去除率進(jìn)行兩兩比較，TN 去除效果呈現(xiàn) B1>B4、B2>B5、B6>B3的規(guī)律。系統(tǒng) TN 去除率大體呈現(xiàn)沿程遞增的趨勢。單段 TN 去除率最高出現(xiàn)在 B1 單元，為48.31%，是平行單元 B4 的1.08 倍。B1 單元種植黃菖蒲和再力花，B4單元種植鳶尾和旱傘草，兩個(gè)系統(tǒng)的植物生長條件一致，說明黃菖蒲和再力花的配置組合在去除 TN 方面要優(yōu)于鳶尾和旱傘草的組合。石雷等對4種濕地植物水質(zhì)凈化效果的研究結(jié)果表明，再力花對污染物的去除能力強(qiáng)，尤其在脫氮方面，TN 和氨氮去除率明顯高于其他植物。B3、B6單元也種植了再力花，但由于沿程目標(biāo)污染物基數(shù)逐漸減小，去除率也逐漸降低。

　　2.2.3 TP 的凈化效果

　　如圖6和圖7 所示，生活污水和農(nóng)田灌溉污水處理系統(tǒng)中B3/B6單元 TP 去除率分別為66.67%、76.42%;TP 分別為0.32、0.29 mg/L;系統(tǒng)出水 TP為0.25 mg/L，達(dá)到 GB18918—2002 一級 A 標(biāo)準(zhǔn)(1 mg/L)。潛流單元，兩個(gè)系統(tǒng) TP 變化趨勢基本一致，呈現(xiàn)沿程降低的趨勢;表流單元，生活污水處理系統(tǒng) A3單元的 TP 有小幅上升，原因與 TN 上升一致。 由 于 生 活 污水處理系統(tǒng) 進(jìn) 水 TP (0.91mg/L)和農(nóng)田灌溉污水處理系統(tǒng)(1.23 mg/L)的差異導(dǎo)致農(nóng)田灌溉污水處理系統(tǒng) TP 去除率高于生活污水處理系統(tǒng)。

圖６  ＴＰ 沿程變化

　　B1/B4、B2/B5、B3/B6平行單元之間兩兩比較，與 COD 的去除效果一致，TP 去除率呈現(xiàn) B4>B1、B5>B2、B3>B6的規(guī)律。研究表明，根系發(fā)達(dá)的植物對 TP 的去除效果更強(qiáng)。與 TN 不同，潛流單元去除率未呈現(xiàn)沿程降低的趨勢，反而 B3 單元的TP去除率最高，說明該單元種植的香蒲、再力花和

圖７ ＴＰ 去除率變化

　　美人蕉的組合對于 TP 有極好的去除效果，其他種植了再力花的B1、B6單元在 TP 去除上也有較好的表現(xiàn)，也為這一結(jié)論提供了佐證。

　　2.2.4 氨氮的凈化效果

　　如圖8和圖9 所示，生活污水和農(nóng)田灌溉污水處理系統(tǒng)中B3/B6單元氨氮去除率分別為75.77%、76.41%，氨氮分別為0.86、0.71 mg/L;系統(tǒng)出水氨氮為0.61 mg/L，達(dá)到 GB18918—2002 一級 A 標(biāo)準(zhǔn)(5 mg/L)。除 A3 單元外，潛流和表流單元中兩個(gè)系統(tǒng)氨氮變化趨勢基本一致，呈現(xiàn)沿程降低的趨勢。由于生活污水處理系統(tǒng)進(jìn)水氨氮(3.55 mg/L)和農(nóng)田灌溉污水處理系統(tǒng)(3.01mg/L)差異導(dǎo)致生活污水處理系統(tǒng)整體去除率高于農(nóng)田灌溉污水處理系統(tǒng)。

　　圖8 氨氮沿程變化

　　B1/B4、B2/B5、B3/B6平行單元之間兩兩比較，氨氮的去除效果呈現(xiàn) B1 和 B4 差異不明顯、B2>B5、B6>B3的規(guī)律。表流單元的氨氮去除率較低，可能為 COD、TN 大幅度去除消耗了較多的 DO，硝化細(xì)菌生長受到抑制，限制了硝化作用，使氨氮去除速率減緩。

圖９  氨氮去除率變化

　　2.3 植物生長特性分析

　　試驗(yàn)前植物的生物量為0.07～0.82kg/株(以鮮質(zhì)量計(jì))。完成試驗(yàn)后，對系統(tǒng)中植物的總生物量進(jìn)行了測定，結(jié)果見圖10(a)。表流單元植物為浮水植物狐尾藻及香菇草，其繁殖迅速且具有侵占性，故表流單元植物單位面積生物量明顯大于潛流單元，且兩種浮水植物相比，狐尾藻的單位面積生物量更大。潛流單元中單位面積生物量最大為 B2 蘆竹，其次為B6美人蕉、B1 再力花、B3 美人蕉、B6 水蔥、B1 黃菖蒲、B2 菖蒲、B6 再力花，B5 黃菖蒲、B3香蒲、B4 鳶尾、B5 夾竹桃、B3 再力花，B4 旱傘草的單位面積生物量較低。廖新俤等的研究均顯示，植物的吸收、吸附和富集作用與植株的地上部凈生長量、生物量的生產(chǎn)速度和根系的生物量及發(fā)達(dá)程度密切相關(guān)。王慶海等[11]研究了9 種常見濕地植物發(fā)現(xiàn)，菖蒲、香蒲等植物具有較大的生物量，其氮、磷含量和累積量較高，因此對水中氮、磷污染物具有較強(qiáng)的去除能力。MANTOVI等的研究表明，盡管植物吸收不是人工濕地去除污染物的主要途徑，但植物的存在是濕地中各種化學(xué)、物理和生物作用發(fā)生的基礎(chǔ)。

　　從圖10(b)可見，B1、B3 再力花的株高優(yōu)勢明顯，達(dá)到250cm 以上;其次為 A1 狐尾藻、B2 蘆竹和B3香蒲，株高約200cm;A2 狐尾藻、B3 美人蕉、B4旱傘草、B6水蔥、B6再力花和 B6 美人蕉的株高為100～174cm;其他株高均小于100cm。兩種浮水植物相比較，狐尾藻株高明顯大于香菇草，這與這兩種植物的生長特性有關(guān)，香菇草葉互生，具長柄;狐尾藻葉輪生，無柄，在同樣的營養(yǎng)條件下，無葉柄的狐尾藻可集中向頂端發(fā)展，故其株高優(yōu)勢較香菇草更明顯。

　　從圖10(c)可見，表流單元浮水植物的最大根長明顯小于潛流單元挺水植物。相比表流單元的完全厭氧環(huán)境，潛流單元對植物根系的生長更有利。潛流單元中B4旱傘草、B5 夾竹桃的最大根長優(yōu)勢明顯，約30cm;B2菖蒲、B2 蘆竹、B3 香蒲、B3 再力花及B5黃菖蒲最大根長約25cm;其他植物的最大根長均小于25cm。

　　3 結(jié) 論

　　(1)“表 流-潛 流”組 合人工濕地模式，出 水中COD、TN、TP、氨氮分別為 39.10、1.52、0.25、0.61mg/L，均達(dá)到 GB18918—2002 一級 A 標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)目標(biāo)。

　　(2)表流單元的狐尾藻和香菇草生物量遠(yuǎn)高于潛流單元的挺水植物，但其最大根長卻遠(yuǎn)小于潛流單元的植物，挺水植物再力 花株高明顯高于其他植物。(來源：中南林業(yè)科技大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院)

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