维普资讯 http://www.cqvip.com 农业环境科学学报２００３，２２（４）：４５４—４５７ Ｊｏｕｒｎａ／ｏｆＡｇｒｏ—Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ Ｓｃ／ｅｎｃｅ 不同基质垂直流人工湿地对城市污水的净化效果 朱夕珍 ，崔理华 ，温晓露 ，庹艳 （１．华南农业大学环境科学与工程系，广东广州５ １０６４２；２．深圳市城市排水监测站，广东深圳５ １８００３；３．广州军区 环境监测站） 摘要：选取石英砂、煤灰渣和高炉渣作为介质，再按适当的比例配以有机质和土壤组成人工土填料处理柱，进行了不 同基质垂直流人工湿地对城市污水的净化效果研究。为期１ ａ多的运行试验结果表明，煤灰渣基质对化粪池出水中 ＣＯＤ、ＢＯＤ，和－ｒＰ的去除率分别达到７１％～８８％、８０％～８９％和７０％～８５％。高炉渣基质对化粪池出水中ＣＯＤ和 ＢＯＤ，的去除率分别为４７％～５７％和７０％～７７％，但对总磷的去除率高达８３％～９０％。石英砂基质虽然对化粪池出水 中ＣＯＤ、ＢＯＤ，和－ｒＰ的去除率分别为３６％～４９％、６５％～７５％和４０％～５５％，但其导水能力最好，水力负荷最高。 关键词：城市污水；基质；人工湿地；净化效果 中图分类号：Ｘ７０３ 文献标识码：Ａ 文章编号：１６７２—２０４３（２００３）４０—０４５４—０４ Ｒｅｍｏｖａｌ Ｅｆｆｉｄｅｎｃｙ ０ｆ Ｄｉ ｒｅｎｔ Ｓｕｂｓｔｒａｔｅｓ Ｕｓｅｄ ｉｎ Ｖｅｒｔｉｃａｌ ＦｌＯＷ Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｅｄ、ｖｅｆｌａｎｄｓ ｆｏｒ Ｔｒｅａｔｉｎｇ Ｍｕｎｉｃｉｐａｌ Ｗａｓｔｅｗａｔｅｒ ＺＨＵ Ｘｉ－ｚｈｅｎ ，ＣＵＩ Ｌｉ－ｈｕａ 。ＷＥＮ Ｘｉａｏ－ｌｕ２，ＴＡＯ Ｙａｎ （１．Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ ｏｆ Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅ＆Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｓｏｕｔｈ Ｃｈｉｎａ Ａ ｃｕｌｔｕｒａｌ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｇｕａｎｇｚｈｏｕ ５ １０６４２，Ｃｈｉｎａ；２． Ｃｅｍｅｒ ｆｏｒ Ｍｕｎｉｃｉｐａｌ Ｗａｓｔｅｗａｔｅｒ Ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ ｆｏ Ｓｈｅｎｚｈｅｎ．Ｓｈｅｎｚｈｅｎ ５ １８００３；３．。ｎｌｅ Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ ｓｔａｔｉｏｎ ｉｎ Ｇｕａｎｇｚｈｏｕ ｍｉｌｉｔａｒｙ ａｒｅａ８１ Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｗｅ ｕｓｅｄ ｑｕａｒｔｚ ｓａｎｄ。ｃｉｎｄｅｒ ｒｅｓｉｄｕｅ，ｓｔｅｅｌ ｆｕｒｎａｃｅ ｓｌａｇ ａｓ ｉｆｈｅｒｉｎｇ ｍｅｄｉａ ａｃｃｏｒｄｉｎｇ ｔｏ ｐｒｏｐｅｒ ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎ ｃｏｍｐｏｕｎｄ ｔｌｌ ｏｒｇａｎｉｃｍａＲｅｒａｎｄ ｓｏｉｌｆｏｒ ｓｅｗａｇｅｔｒｅａｔｍｅｎｔｆｏｒ ａ ｐｅｒｉｏｄｏｆｏｖｅｒｏｎｅ ｙｅａｒ．。ｎｌｅ ｒｅｓｕｌｔｓｏｆｏｐｅｒａｔｉｏｎ ｓｈｏｗｅｄｔｈａｔｔｈｅ ｒｅｍｏｖａｌ ｒａｔｅｓｏｆ ＣＯＤ，ＢＯＤｓ。ａｎｄＴＰｗｅｒｅ ７１％～８８％，８０％～８９％，ａｎｄ ７０％～８５％，ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ ｂｙ ｃｉｎｄｅｒ ｒｅｓｉｄｕｅｆｏｒｔｒｅａｔｉｎｇ ｓｅｐｔｉｃｔａｎｋ ｅｆｌｕｅｎｔ．．Ｉ１ｌｅｒｅｍｏｖａｌ ｒａｔｅｓｏｆＣＯＤａｎｄＢＯＤｓ ｂｙ ｓｔｅｌｆｕｒｎａｃｅ ｓｌｇａｗｅｒｅ４７％～５７％ａｎｄ７０％～７７％，ｂｕｔｔｈｅｒｅｍｏｖａｌ ｒａｔｅｏｆｔｏｔａｌ ｐｈｏｓｐｈｏｒｕｓＷａＳ ｈｉｇｈ ｕｐｔｏ ８３％～９０％．Ａｌｔｈｏｕｇｈｔｈｅ ｒｅｍｏｖａｌ ｒａｔｅｓｏｆＣＯＤ，ＢＯＤｓ ａｎｄＴＰｗｅｒｅ ３６％～４９％，６５％～７５％ａｎｄ ４０％～５５％，ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ ｂｙ ｑｕａｒｔｚ ｓａｎｄ，ｔｈｅ ｈｙｄｒａｕｌｉｃ ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｉｔｙ ａｎｄ ｈｙｄｒａｕｌｉｃ ｌｏａｄｉｎｇ ｒａｔｅ ｗａｓ ｔｈｅ ｈｉＳｈｅｓｔ ａｍｏｎｇ ｔｈｅ ｔｈｒｅｅ ｓｕｂｓｔｒａｔｅｓ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｍｕｎｉｃｉｐａｌ ｗａｓｔｅｗａｔｅｒ；ｓｕｂｓｔｒａｔｅ；ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｅｄ ｗｅｔｌａｎｄｓ；ｒｅｍｏｖａｌ ｅｆｉｆｃｉｅｎｃｙ 人工湿地作为一种低投资、低能耗、低处理成本 短的水力停留时间又会影响处理出水水质［８１，需要强 和具有氮磷去除功能的废水生态处理技术已逐渐被 化垂直流人工湿地基质的去除能力。为此本试验开展 世界各国所接受。在欧洲和北美，数以千计的天然湿 了不同配方垂直流人工湿地基质的运行效果试验研 地和人工湿地被广泛应用于处理多种废水，其中包括 究，为选择高效垂直流人工湿地基质提供理论依据。 城市污水、工业废水、农业径流、城市暴雨、填埋场沥 利用该特殊基质与鲜切花卉组成的生活人工花卉处 滤液、造纸废水和矿山酸性排水ｎ一１。垂直下行流芦 理床技术已获得实用新型专利证书（专利号： 苇床被认为是废水净化的可靠天然处理系统，因为它 ＺＬ０１２３５８７９．７）。 具有优良的氧转移特性Ｈ】，可用于处理氨氮含量较高 的污水ｂ 以及城市污水［６，７１等。由于垂直流人工湿地 １材料与方法 的水力停留时间比较短，因而减少了用地面积，但较 １．１试验工艺流程 三级化粪池出水 引水管 调节沉淀池 高 收稿日期：２００２—１０一ｌ１ 位水箱 人工填料柱 出水 基金项目：广东省重点科技计划项目（２ｋｍＯ６５０３ｓ） １．２试验设计 作者简介：朱夕珍（１９６８一），女，广西桂林人，华南农业大学环境科学 与工程系实验室主任，实验师。 １．２．１试验填料柱 维普资讯 http://www.cqvip.com 第２２卷第４期 农 业 环 境 科 学 学 报 ４５５ 试验填料柱采用内径为７．５ ｃｍ的ＰＶＣ管，分 １．０ ｍ、１．２ ｍ、 ４ｍ、１．６ ｍ四种高度，共１８根，用玻 璃漏斗将ＰＶＣ管固定在钢架上，再填充小砾石和豆 石共１０ ｃｍ，然后根据柱高分别填充不同配比的填料 至距管顶１０ ｃｍ处。各柱高度如下设置：１～３号柱 １．４ ｍ，４～９号柱１．２ ｍ，１０～１５号柱１．０ ｍ，１６～１８ 号柱０．８ ｍ。 １．２．２人工填料 所填人工填料共分两类，第一类是不同基质与土 壤的混合物，如砂土，煤灰渣土和高炉渣土。第二类是 人工土壤，如石英砂人工土、煤灰渣人工土和高炉渣 人工土。各柱所填基质如下：１、７、１３号为砂土；２、８、 １４号为煤渣土；３、９、１５号为高炉渣土；４、１０、１６号为 石英砂人工土；５、１１、１７号为煤渣人工土；６、１２、１８号 为高炉渣人工土。 １．３运行管理方式 填料处理柱的运行管理方式为配水周期２ ｄ，连 续运行８ ｈ，落干４０ ｈ，湿干比为１：５。运行分连续运行 和间歇运行两种方式进行。第一次连续运行时间从 ２０００年１０月２１日至２００１年４月２７日止，共１９０ ｄ。第二次运行连续运行时间从２００１年１０月２４日至 ２００２年５月２０日止，共２１０ ｄ。两次连续运行之间为 间歇运行，主要目的是维持土柱中微生物的活性，但 不进行处理水量记录和水质化验分析。 １．４供试污水特性 供试污水取自华南农业大学五号楼公厕化粪池 出水，其水质监测结果如表１所示。 表１化粪池出水浓度｛ｍｇ・Ｌ ） Ｔａｂｌｅ １ Ｔｈｅ ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎｓ ｏｆ ｐｏｌｌｕｔａｎｔｓ ｉｎ ｔｈｅ ｓｅｐｔｉｃ ｔａｎｋ ｅｆｆｌｕｅｎｔ （ｍｇ・Ｌ ） １．５分析方法 水质分析采用国家环保局标准分析方法 。ＣＯＤ 为重铬酸钾法；ＢＯＤｓ为标准稀释法；ＴＮ为过硫酸钾 氧化一紫外分光光度法；ＴＰ为过硫酸钾氧化一钼锑 抗比色法。 ２结果与分析 ２．１不同填料对污水ＣＯＤ的处理效果 不同基质、不同配比和不同深度组合的填料柱经 过一年多的运行试验，各柱对化粪池出水ＣＯＤ的净 化效果如表２所示。从不同基质的处理效果比较来 看，煤灰渣＞高炉渣＞石英砂。不同配比的煤灰渣基 质对ＣＯＤ的去除率大部分大于８０％，高炉渣基质小 于６０％，而石英砂基质则小于５０％；从不同配比基质 的处理效果来看，石英砂人工土比石英砂土对ＣＯＤ 的去除率可提高５％；高炉渣人工土比高炉渣土对 ＣＯＤ的去除率略有提高，而煤灰渣人工土反而比煤 灰渣土对ＣＯＤ的去除率下降了４％。从不同深度的处 理效果来看，随着填料柱深度的增加，其对ＣＯＤ的去 除率都呈增加的趋势，特别是煤灰渣土和煤灰渣人工 土表现较为明显；其次是高炉渣土和石英砂人工土； 而石英砂土和高炉渣人工土则表现不明显，可能是与 １３号柱石英砂土的水力负荷较低有关。 表２不同填料对化粪池出水ＣＯＤ的处理效果 Ｔａｂｌｅ ２ Ｔｈｅ￣ｍｏｖＭ ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ ｏｆＣＯＤ ｂｙ ｄｉｆｅｒｅｎｔ ｍｅｄｉａｓ ｉｎ ｔｒｅａｔｉｎｇ ｓｅｐｔｉｃ ｔａｎｋ ｅｆｆｌｕｅｎｔ ２．２不同填料对污水ＢＯＤｓ的处理效果 不同基质、不同配比和不同深度组合的填料柱经 过一年多的运行试验，各柱对化粪池出水ＢＯＤｓ的净 化效果如表３所示。从不同基质的比较来看，不同基 质对ＢＯＤ 去除率的顺序是煤灰渣＞高炉渣＞石英 砂。煤灰渣基质配比的人工填料对ＢＯＤｓ的去除率都 大于８０％；高炉渣基质配比的人工填料为７０％～ ７７％；而石英砂基质配比的人工填料则为６５％～ ７５％。从同一基质不同配比来看，除石英砂人工土比 维普资讯 http://www.cqvip.com ４５６ 朱夕珍等：不同基质垂直流人工湿地对城市污水的净化效果 ２００３年８月 石英砂土对ＢＯＤ５的去除率有所提高外，高炉渣人工 土和高沪渣土对ＢＯＤ５的去除率相差不大，而煤灰渣 人工土反而比煤灰渣土对ＢＯＤ５的去除率下降，基本 类似于对ＣＯＤ的去除规律。从不同深度的比较来看， 煤灰渣基质和高沪渣基质以及石英砂人工土对ＢＯＤ５ 去除率都表现出随着深度增加而增加的趋势；而石英 砂土表现出ＢＯＤ，的去除率随水力负荷减少而增加 的趋势，与深度无关。 表３不同填料对化粪池出水ＢＯＤ 处理效果 Ｔａｂｌｅ ３ Ｔｈｅ ｒｅｍｏｖａｌ ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ ｏｆ ＢＯＤ５ ｂｙ ｄｉｆｅｒｅｎｔ ｍｅｄｉａｓ ｉｎ ｔｒｅａｔｉｎｇ ｓｅｐｔｉｃｔａｎｋ ｅｆｆｌｕｅｎｔ ２．３不同填料对污水总氮的处理效果 经过一年多的运行试验，各填料柱对总氮的处理 效果如表４所示。从总体上来看，各基质对ＴＮ的去 除率都比较低，主要原因是化粪池出水中ＴＮ浓度较 高而模拟土柱既无植物又缺乏反硝化作用所需的厌 氧环境。从各不同基质的比较来看，呈现出高炉渣＞ 煤灰渣＞石英砂的规律。从同一基质不同配比的处理 效果比较来看，只有高炉渣人工土比高炉渣土对ＴＮ 的去除率有明显的提高，可能与高炉渣人工土中添加 了碳源有关。而在石英砂和煤灰渣基质中添加碳源对 ＴＮ的去除率影响不大，可能与内部多孔的高炉渣基 质易形成缺氧条件有关。不同深度对ＴＮ的处理效果 无明显的规律可循，因为ＴＮ的去除与水力负荷和厌 氧环境条件有关，而与人工填料深度的关系是不明显 的。 表４不同填料对化粪池出水总氮的处理效果 Ｔａｂｌｅ４ Ｔｈｅｒｅｍｏｖａｌ ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ ｏｆＴＮ ｂｙｄｉｆｆｅｒｅｎｔｍｅｄｉｓａｉｎｔｒｅａｔｉｎｇ ｓｅｐｔｉｃ ｔａｎｋ ｅｆｆｌｕｅｎｔ 柱号 样本数 出水浓度／ｎａｇ・Ｌ 标准差 去除率／％ ２．４不同填料对污水总磷的处理效果 不同基质、不同配比和不同深度组合的填料柱经 过一年多的运行试验，各柱对化粪池出水１１Ｐ的净化 效果如表５所示。不同基质对总磷处理效果的比较呈 现出高炉渣＞煤灰渣＞石英砂的规律。高炉渣基质对 ＴＰ的去除率为８３％一９０％；煤灰渣基质为７０％一 ８５％；而石英砂基质则为４０％一５５％。从同一基质不 同配比的处理效果比较来看，除加碳源的煤灰渣人工 土柱比煤灰渣土柱对１１Ｐ的去除率有所提高外，加碳 源的高炉渣人工土和石英砂人工土柱对ＴＰ的去除率 反而比不加碳源的高炉渣土和石英砂土柱要低些，这 说明有机质与１１Ｐ的去除无明显的相关关系，而与水 力负荷有关。由于前者的水力负荷明显高于后者的水 力负荷，故其对１＇Ｐ去除率低于后者。从不同深度填料 柱对１１Ｐ的处理效果比较来看，石英砂人工土、煤灰渣 人工土和高炉渣土对总磷的去除率随着填料厚度的 增加而明显地增高；石英砂土和煤灰渣土对１１Ｐ的去 除率也呈现出类似的规律，但有个别柱表现不一致， 可能是因该柱水力负荷较低而引起的。高炉渣人工土 柱对１１Ｐ的去除率随着填料柱深度增加而降低，是由 于它们的水力负荷随着深度增加而增加所引起的。 ２．５不同填料的综合处理效果比较 根据各柱一年多来的运行结果，将各柱的水力负 荷以及相对应的污染物去除率一并列入表６中。从不 维普资讯 http://www.cqvip.com 第２２卷第４期 农 业 环 境 科 学 学 报４５７ 表５不同填料对化粪池出水总磷的处理效果 Ｔａｂｌｅ ５ Ｔｈｅ ｒｅｍｏｖａｌ ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ ｏｆ ＴＰ ｂｙ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｍｅｄｉａｓ ｉｎ ｔｒｅａｔｉｎｇ ｓｅｐｔｉｃ ｔａｎｋ ｅｆｆｌｕｅｎｔ 同基质的综合处理效果比较来看，煤灰渣基质除水力 负荷稍低一些外，在各方面表现较平均，特别是对 ＣＯＤ和ＢＯＤｓ的处理效果最佳，对ＴＰ和ＴＮ的处理效 果也较好；高炉渣基质对ＴＰ和ＴＮ的处理效果最佳， 对ＢＯＤ 和ＣＯＤ的处理效果一般；石英砂基质除水力 负荷较高外，其对ＣＯＤ、ＴＰ、ＴＮ和ＢＯＤ 的处理效果 都较差，因为水力负荷与污染物的去除率呈负相关 关系。从相同基质不同配比的比较来看，除石英砂人 工土比石英砂土的处理效果要好一些外，煤灰渣人工 土和高炉渣人工与煤灰渣土和高炉渣土的处理效果 没有明显的差异。相同填料不同深度对污水的处理效 果也没有明显的差异，但水力负荷对污水的处理效果 有明显的影响。 ３结论 （１）煤灰渣基质对化粪池出水中ＣＯＤ、ＢＯＤｓ和 ＴＰ的去除率分别达到７１％～８８％、８０％～８９％和 ７０％一８５％，是去除污水中耗氧有机污染物和总磷等 指标的理想基质。 （２）高炉渣基质对化粪池出水中ＣＯＤ和ＢＯＤｓ的 去除率分别为４７％～５７％和７０％～７７％，但对总磷 的去除率高达８３％～９０％，是去除污水中总磷和总 氮的理想基质。 表６不同填料对化粪池出水的综合处理效果 Ｔａｂｌｅ ６ Ｔｈｅ ｗｈｏｌｅ ｒｅｍｏｖａｌ ｅｆｉｆｃｉｅｎｃｙ ｏｆ ｄｉｆｅｒｅｎｔ ｍｅｄｉａ ｉｎ ｔｒｅａｔｉｎｇ ｅｓｐｔｉｃｔａｎｋ ｅｆｆｌｕｅｎｔ （３）石英砂基质虽然对化粪池出水中ＣＯＤ、ＢＯＤ 和１１Ｐ的去除率分别为３６％～４９％、６５％ ７５％和 ４ｏ％～５５％，但其导水能力最好，水力负荷最高，并且 不容易造成堵塞。 参考文献： 【ｌ】Ａｍｅｌｉａ Ｋｉｖａｉｓｉ．Ｔｈｅ ｐｏｔｅｎｔｉａｌ ｆｏｒ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｅｄ ｗｅｔｌａｎｄｓ ｆｏｒ ｗｎｓｔｅｗａｔｅｒ ｔｒｅａｔｍｅｎｔ ａｎｄ ｒｅｕ８ｅ ｉｎ ｄｅｖｅｌｏｐｉｎｇ ｃｏｕｎｔｒｉｅｓ：ａ ｒｅｖｉｅｗ［Ｊ］．Ｅｃｏｌ Ｅｎｇ． ２０００，１６：５４５—５６０． 【２】籍国东，孙铁珩，李顺．人工湿地及其在工业废水处理中的应用 【Ｊ】．应用生态学报，２００２，ｌ３（２）：２２４—２２８． ［３】楼莉萍，等．人工湿地处理系统技术研究现状及发展趋势［Ｊ】．环 境科学进展，１９９９，７（７）：３３—３８． 【４】Ｃｏｏｐｅｒ，Ｐ ＦａｎｄＧｒｅｅｎＭＢ．Ｒｅｅｄ ｂｅｄｔｒｅａｔｍｅｎｔ ｓｙｓｔｅｍｓｆｏｒ ｓｅｗａｇｅ ｔｒｅａｔｍｅｎｔ ｉｎ ｔｈｅ Ｕｎｉｔｅｄ Ｋｉｎｇｄｏｍ［Ｊ１．Ｗａｔ Ｓｃｉ Ｔｅｃｈｎｏｌ，１９９５，３２（３）： ３ｌ７—３２７． 【５】Ｍｏｒｒｉｓ，Ｍ ａｎｄＨｅｒｂｅｒｔＲ．Ｔｈｅｄｅｓｉｇｎａｎｄｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｏｆａ ｖｅｒｔｉｃａｌｆｌｏｗ ｅｒｅｄｂｅｄｆｏｒｔｈｅｔｒｅａｔｍｅｎｔ ｏｆｈｉｇｈａｍｍｏｎｉａ。ｌｏｗ ｓｕｓｐｅｎｄｅｄ ｓｏｌｉｄ ｏｒｇａｎｉｃ ｅｆｆｌｕｅｎｔｓ［Ｊ】．ＷａｒＳｃｉＴｅｃｈｎｏｌ，１９９７，３５（５）：１９７—２０４． 【６】崔理华，等．北京西郊城市污水人工侠滤处理与利用系统［Ｊ】．中 国环境科学。２Ｏ０ｏ，２Ｏ（１）：４５—４８． 【７】崔理华，等．城市污水人工土快滤床与水生植物复合处理系统 【Ｊ】．中国环境科学，２０００。２Ｏ（５）：４３２—４３５． 【８】吴振斌。等．垂直流人工湿地水力学特点对污水净化效果的影响 【Ｊ】．环境科学。２００１，２２（５）：４５—４９． 【９】国家环保局编．水和废水监测分析方法【Ｍ】．北京：中国环境科学 出版社。１９９８．