罗璇
中国恩菲工程技术有限公司广东广州510000
摘要：利用本地易得的砾石为基质、美人蕉为地表栽种植物的两级人工湿地（垂直潜流人工湿地+水平潜流人工湿地）对模拟生活污水中化学需氧量（COD）去除效率的研究。进水污染物负荷直接影响系统的处理效果，负荷太大，超出系统正常处理能力导致出水水质差；负荷太小，系统地处理能力得不到正常发挥处理效果亦不理想。
关键字：人工湿地；垂直流；水平潜流；美人蕉；
生活污水的处理系统是一个城市市政给排水系统的末端设置，也是最重要的环节。对地少人多、寸土寸金的大城市而言，生活污水排水量较大，集中高效处理是首先要考虑的问题，因此多数采用成熟的活性污泥法进行生活污水处理。但活性污泥法工艺工程基建和运行费用相对较高，经济欠发达的中小城市往往难以承受。因此，对于地广人稀、生活污水量较小的中小城市，工程基建和运行费用低、出水水质良好的人工湿地污水处理工艺的应用越来越广泛。
1、湿地系统简介
湿地系统是在具有一定长、宽比，以及一定地面坡度的洼地中，由土壤和基质填料（如砾石、粉煤灰等）混合组成填料床，污水在床体的填料缝隙或床体的表面流动，并在床的表面种植具有处理性能好、成活率高、抗水性强、成长周期长、美观及具有经济价值的水生植物（如芦苇、美人蕉、再力花等），形成一个具有污水处理功能的独特的生态系统。按照人工湿地系统布水方式的不同或水流方式将其分为自由表面流人工湿地和潜流型人工湿地，其中潜流型人工湿地又包括水平潜流人工湿地、垂直潜流人工湿地和潮汐潜流人工湿地。
2、实验内容
本文主要研究两级人工湿地生活污水处理系统中(垂直潜流人工湿地+水平潜流人工湿地)，生活污水负荷对污水中化学需氧量(COD)去除效率的影响。
在四种常见的湿地植物（芦苇、美人蕉、茭白、黄花）中，美人蕉的根长最长（43.73cm）、根系体积最大（66.72cm2）、栽种密度仅次于芦苇[1]。在春、夏两季美人蕉对污水中COD、TN的去除率普遍较高，而对于污水中TP的去除效果最好[2]。本研究选择花叶美人蕉作为试验湿地植物，选择当地较为常见的砾石为系统填料基质，测定了不同污染物负荷下处理系统化学需氧量(COD)的去除效率，并分析其原因。
3、材料和方法
实验在人工模拟湿地反应器中进行，反应器一式两组(编号系统1、2和系统1’、2’)同时进行平行实验。一级垂直潜流人工湿地系统(系统1/1’)尺寸为1.0m×1.0m×1.0m，二级水平潜流人工湿地系统(系统2/2’)尺寸为2.0m×1.0m×1.0m；反应器内填充砾石，粒径为7mm-10mm不等，基质高度为90cm，填料孔隙率约为40%；一级系统从中间分散进水，二级系统从进口端中部进水；取样口设于系统出口底端；基质表层种植花叶美人蕉，植株高度为30cm-50cm，种植密度为9株/m2。
本实验采用人工配置生活污水作为湿地系统的进水。生活污水配方包含以下成分：NH4Cl、蔗糖、尿素、K2HPO4、KH2PO4、NaHCO3、蛋白胨、十二烷基苯磺酸钠、腐殖酸、乙酸、丁酸。配置完成后生活污水COD含量分别为：138mg/L、207mg/L、276mg/L和345mg/L。实验设定的污水停留时间为2天。
3、实验结果和讨论
不同污染物负荷下，生活污水COD去除率如下图所示：
图1垂直潜流型湿地系统随进水负荷COD去除率变化
如图1所示，随着进水污染物负荷的升高，垂直潜流型人工湿地系统污染物去除率呈现先增加后降低的趋势。当进水污染物负荷较低时，污水处理系统无法正常发挥其处理功能，有时甚至无法满足系统内微生物生长所需营养物质需求，因此去除率比较低；当COD含量从138mg/L上升到207mg/L时，去除率急剧增加。而一旦进水污染物负荷太高，超过了处理系统的正常处理功能，加上停留时间的限制，尚未来得及降解的污染物随水流出也将导致污染物去除率低。只有维持一定的污染物负荷，保证系统的正常运行，才能获得较高的污染物去除率。
图2水平潜流型湿地系统随进水负荷COD去除率变化
如图2所示，随着进水污染物负荷的增加，化学需氧量（COD）去除率逐渐增加，当进水污染物负荷COD=138mg/L时，污染物去除率很低，COD去除率在10%以下，这主要是由污染物负荷太小污水处理系统无法正常发挥其处理功能所致。进水污染物负荷上升至207mg/L时，COD的去除率上升幅度较大，COD的去除率升至50%左右；此后，随进水污染物负荷增加，去除率缓慢上升。且COD含量从276mg/L上升至345mg/L时，去除率变化幅度不大。
影响人工湿地运行的因素多种多样，包括水生植物的种类、基质填料的种类和粒径、污水水质、水力负荷、污染物负荷、溶解氧含量、微生物数量和种类以及水力停留时间等等。本研究选取其中较为主要的影响因素污染物负荷为研究对象。污染物负荷的变化可导致处理污水溶解氧含量和微生物数量和种类的改变，从而综合影响去除率。停留时间也是影响去除率的重要因素之一，停留时间太短，湿地系统尚未启动微生物作用机制导致去除率偏低；停留时间太长又会导致污染物重新释放而降低去除率。
参考文献：
[1]徐德福,李映雪,方华,赵晓莉.4种湿地植物的生理性状对人工湿地床设计的影响.农业环境科学学报,2009，28（3）:587-591
[2]徐德福,李映雪.用于污水处理的人工湿地的基质、植物及其配置.湿地科学,2007,5(1):32-37