同水力负荷人工湿地处理富营养化湖水
采用人工湿地处理星云湖富营养化水(1000m/d)，共筛选出60多种植物，并将水力负荷提高到lm/(m·d)。连续32个月的运行结果表明，高水力负荷人工湿地对非离子氨、叶绿素a和蓝藻的平均去除率分别达到90%以上，对TP的去除率达到68.83%，对BOD、NH一N、TN也有很好的去除效果，可将地表IV类水质处理为II类水质。此外，还分析了不同进水pH值、DO值、季节变化和不同运行时期对各类污染物的去除规律。
星云湖位于云南省玉溪市境内，是抚仙湖的上游湖，湖容为1.83×10。m，属IV类水体。为了防止富营养化的湖水对抚仙湖造成污染，玉溪市决定将星云湖出流进行改道，并经处理达到II类水质后流入玉溪市东风水库。对于出水流量达20×10m/d的星云湖，采用常规的二级处理工艺投资大、运行费用高。人工湿地碎石床处理微污染水虽投资少、运转费用低、管理简单、效果好，但水力负荷只有0.2～0.4m/(m·d)。因出流改造工程占地只有20hm，故需要采用水力负荷>/0.8～1.0m/(m·d)且净化效果好的人工湿地处理工艺。
1运行条件与方法
①平均进水水质
2001年9月—2004年5月人工湿地的平均进水水质：BOD5为3.1mg/L，CODM为5.1mg/L，TP为0.077mg/L，TN为1.104mg/L，蓝藻为273.09X10个/L，叶绿素a为32.95mg/m3，非离子氨为0.060mg/L。
②工艺流程
人工湿地系统的工艺流程为：星云湖富营养化水一一级水生物塘一一级植物碎石床一二级水生物塘一二级植物碎石床一植物渗滤床一出水。主要床体尺寸(长X宽X深)：一级水生物塘为13mx10.8m×1.7m，一级植物碎石床为13mx22.3mx1.2m，二级水生物塘为13mx9.2mx2.0m，二级植物碎石床为13mx23.8mx0.8m，植物渗滤床为13mx10.8m×1.2m。进水量为1000m/d，水力负荷为1m/(m·d)。
③监测方法
由玉溪市环境监测站随机采样，监测频率为1次/月。温度：温度计；pH：玻璃电极法；DO：碘量法；COD：酸性高锰酸钾法；BOD：稀释培养法；NH一N：纳氏试剂分光光度法；No3一N：离子色谱法：NO；一N：离子色谱法；TN：碱性过硫酸钾分光光度法；11P：钼兰比色法；叶绿素a：分光光度法。
2结果与讨论
2.1水质净化效果
经过连续32个月的运行和监测，人工湿地对各项水质指标的净化效果见表1。星云湖水的COD和BOD较低，人工湿地对BOD有很好的处理效果，出水COD、BOD均达到饮用水源II类水质标准。由于系统水力负荷高达1Hi/(Hi·d)，水力停留时间只有19.89h，整个人工湿地DO为2～3mg/L，厌氧区很小，同时系统中pH值为8.1—9.2，不利于反硝化，而且进水BOD只有3mg/L左右，BOD5/TKN为2.8左右(5～8)，碳源不足，反硝化受到限制，因此对TN的去除率也受到限制。系统对非离子氨和NH3一N均有较好的去除效果，出水NH3一N远优于《地表水环境质量标准》(GB3838--2002)II类标准(0.5mg/L)。
 |
人工湿地对11P有明显的去除作用，处理出水TP为0.024mg/L，符合GB3838--2002II类水质标准中湖、库TP≤0.025mg/L的限值要求。一般水或废水中存在各种形式的磷，但主要是正磷酸盐。在好氧和厌氧条件下，聚磷菌能将有机磷化合物转化为简单的磷化合物，同时也能吸收磷以维持生长和繁殖，从而截留进入湿地的一部分磷。磷酸盐是植物生长必不可少的营养物质，人工湿地中生长的60多种水生植物能有效吸收水中的磷，同时人工湿地的基质也能吸附部分磷，因而大大降低了人工湿地的出水磷浓度。
人工湿地对蓝藻和叶绿素a有极好的去除效果，处理出水中的蓝藻浓度和叶绿素a浓度远低于玉溪市对藻类、叶绿素a的要求。系统连续运行期间除藻效果良好，且没有出现堵塞和短流现象，主要由于合理设置了具有除藻功能的水生生物塘。
2.2影响净化效果的因素
2.2.1季节性
系统运行期间，气温为8—23℃时湿地植物能正常生长，冬季有3～4次轻微霜冻，部分湿地植物出现冻害。
①对BOD、COD净化效果的影响
结果表明，季节对人工湿地去除BOD有一定的影响，对BOD的去除率从大到小依次为秋季>春季>夏季>冬季；对COD的去除率从大到小依次为夏季>春季>秋季>冬季。
②对NH一N、非离子氨和TN净化效果的影响
结果表明，在运行期间季节变化对人工湿地净化NH一N、非离子氨的效果影响不大。各季节NH一N的去除率均达到54%以上，夏季达57.22%；对非离子氨的去除率则夏季最高、秋季最
低，春、冬两季均达到92%以上；而湿地在秋季去除TN效果最佳，其余季节对TN的去除效果差别不大。
③对TP、叶绿素a和蓝藻净化效果的影响
运行期间，季节变化对TP的去除有一定的影响，春秋两季对TP去除率最佳；不同季节人工湿地对叶绿素a、蓝藻都有很好的去除效果。
2.2.2pH值
在运行期间，人工湿地进水pH值最低为8.14，最高为9.20。对运行期间pH>8.80或pH<8.40的数据分两组进行统计。
①对BOD和COD去除效果的影响
进水pH值为7.0～8.0时对BOD均有较好的去除效果(去除率>63%)；当pH>8.8时对BOD的去除率只有53.89%；而pH值的变化对COD的去除影响不大。
②对NH一N、非离子氨和TN去除效果的影响
由于硝化细菌的最适生长pH值为8.0～8.4，当进水pH值超出此范围，硝化细菌的正常代谢活动则会受影响，因此也影响对NH，一N的去除；在进水pH值波动时，人工湿地仍对非离子氨表现出较强的去除能力，而进水pH值高对非离子氨的去除率比进水pH值低的略高；进水pH值高对TN的去除率较低，而进水pH值较低对TN的去除率比pH值高的提高了27.83%。
③对TP、叶绿素a、蓝藻净化效果的影响运行表明，低pH值时对TP的去除率比高pH值时的约高11.49%。
pH值的高低不影响对叶绿素a的去除，去除率都在98%左右；进水pH值高时(水中蓝藻的数量大约是进水pH值低时的2.13倍)，人工湿地仍表现出极好的除藻效果(去除率达99.93%)。
2.2.3DO
人工湿地系统运行期间，进水DO为0.8～9.58mg/L，高DO(>6mg/L)与低DO(<3mg/L)浓度对各种污染物去除效果的影响见表2。
 |
由于除氮的限制因素在于反硝化，人工湿地系统中大部分处于好氧状态，不利于反硝化反应的进行；另外由于星云湖水的BOD值较低，碳源不充足，也不利于反硝化的进行。在运行过程中，有几个月的DO<3mg/L，有利于厌氧反硝化，所以此时对TN的去除率明显提高。水中某些细菌具有厌氧释磷、好氧吸磷的功能，在进水DO值低时人工湿地处理系统更容易具备好氧与厌氧(缺氧)交替的环境条件，因而比进水DO值高的具有更好的除11P效果。不管进水DO值是多少，对叶绿素a和蓝藻的去除率均在98%以上。
2.3运行初期与一年后去除效果的比较
①DO的变化
运行初期，湖水经过人工湿地处理后DO值下降了15.9%，而一年后下降了36.4%。DO值下降的原因可能是植物长高、长密后，各部位出水(跌水、复氧)受到影响所致。系统运行初期与一年后DO值变化见表3。
 |
②各种污染物的变化
人工湿地在运行初期与运行一年后对污染物的去除效果见表4。
表4不同运行期间人工湿地对污染物的去除效果
 |
对NH一N去除率在运行初期较运行一年后高的原因，可能是由于初期进水DO含量高，NH一N更容易通过硝化反应得以去除。整个运行期间对非离子氨的去除效果较好且稳定。在不同运行阶段人工湿地对TN的去除有很大的变化，由于运行初期植物未能正常生长，TN的去除效果不明显，甚至出现波动。经过一年植物生长正常后，对TN去除率达到了65.08%，说明影响高水力负荷人工湿地对TN去除的主要因素之一是植物的吸收。
经过一年的运行后，人工湿地植物生长较运行初期好，生物量也增大很多，因此对磷酸盐的需求和吸收也相应增多，因而对TP的去除效果也较初期明显。运行一年后，对蓝藻的去除率达到了100%。
3结论
①采用人工湿地处理星云湖富营养化水的水力负荷达到1m3/(m2·d)，为目前国内外常规人工湿地水力负荷[0.2～0.4m3/(m2·d)]的2.5～5倍，比一般人工湿地占地减少了60%。
②在高水力负荷条件下，人工湿地可将IV类水质处理达到II类水标准，对蓝藻、叶绿素a、非离子氨的平均去除率达到90%以上，对总磷、氨氮、总氮、BOD的平均去除率分别达68.83%、54.13%、50.00%、61.29%，而对COD的去除率较低(仅为35.29%)。
③系统连续运行了32个月，经历了四季、进水pH值和DO值的变化。冬季的平均水温和气温较低，对污染物的去除率相对较低；进水pH值呈中性偏碱对非离子氨的净化效果较好，而pH值低对BOD、TN、NH一N、TP的净化效果较好。
使用微信“扫一扫”功能添加“谷腾环保网”
