劉超翔 孟遠(yuǎn)航 胡洪營 黃霞 施漢昌 錢易
（清華大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程系環(huán)境模擬與污染控制國家重點(diǎn)聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室，北京，100084。）

1．前言

　　濕地處理系統(tǒng)是將污水有控制地投配到經(jīng)常處于飽和狀態(tài)的，生長有蘆葦、香蒲等沼澤植物的土地上，污水在沿一定方向流動過程中在植物、土壤和微生物的聯(lián)合作用下得到凈化的一種土地處理系統(tǒng)。人工復(fù)合生態(tài)床作為濕地系統(tǒng)的一種，具有工藝簡單、運(yùn)行管理方便、生態(tài)環(huán)境效益顯著、投資少等優(yōu)點(diǎn)，適合于城市和村鎮(zhèn)生活污水的處理。
　　所謂人工復(fù)合生態(tài)床就是在人工濕地形式的基礎(chǔ)上，在其內(nèi)部填充多孔的、有較大比表面積的介質(zhì)，以改善濕地的水力學(xué)性能，為微生物提供更大的附著面積，同時(shí)增強(qiáng)系統(tǒng)對污染物，尤其是氮、磷的去除能力。本研究利用實(shí)驗(yàn)室小試裝置對人工復(fù)合生態(tài)床處理生活污水的運(yùn)行性能，即氮、磷及COD去除性能進(jìn)行了研究，同時(shí)考察了床體內(nèi)部水的流動特征。

2．試驗(yàn)裝置與方法

　　2．1 試驗(yàn)裝置
　　小試裝置設(shè)在溫室內(nèi)，其容積為0.9m3(3m×0.5m×0.6m,坡度為1%),底部鋪設(shè)10cm的碎石層(直徑2～4cm)，中部為40cm的爐渣層，上部為10cm的土壤，水流在床體內(nèi)部水平流動。床體前三分之一段種植了蘆葦(4×2株，行距20cm,株距25cm)，后三分之二段種植了菖蒲(12×2株，行距20cm,株距25cm)。經(jīng)測定爐渣對磷的最大吸附容量為120mg/Kg,水力傳導(dǎo)系數(shù)為3.47×10-3mm/s。
　　2．2 廢水來源及水質(zhì)
　　試驗(yàn)用水取自清華大學(xué)一號樓后生活污水泵站。具體水質(zhì)情況如表1所示。

表1 小試進(jìn)水水質(zhì)(mg/l) COD SCOD TN 氨氮 TP SS DO pH 150～250 60～110 25～45 20～40 2～7 28 ～82 0.2～1.0 7～8

　　2．3 分析項(xiàng)目及方法
　　日常分析測定的項(xiàng)目包括進(jìn)出水的COD、TN、氨氮、TP、SS和DO。測定方法同標(biāo)準(zhǔn)方法。

3．試驗(yàn)結(jié)果與分析

　　3．1 污染物去除效果
　　人工復(fù)合生態(tài)床小試運(yùn)行參數(shù)及控制條件如表2所示。不同階段對生活污水的運(yùn)行結(jié)果見表3。由表3，可知 在水力負(fù)荷為5～6cm/day,床體水位為55cm的條件下，出水COD濃度為21.7mg/l，TN為9.4mg/l，TP為0.26mg/l,COD,TN，TP平均去除率分別為88%，74%，91%。在維持床體水位不變條件下，將系統(tǒng)水力負(fù)荷提高到10cm/day時(shí)污染物去除率略有下降，分別為 86%，63%，82%。第III階段水力負(fù)荷降為5.8cm/day,但同時(shí)將水位由55cm降低到45cm,COD和TP的去除效率開始上升，但TN的去除率沒有升高，為55%。對床體沿程取樣分析結(jié)果表明(如圖1)，在床體前三分之一段對污染物的去除效果明顯，COD、TN和TP的去除率分別為90%、63%和87%。實(shí)驗(yàn)還對DO對TN去除效果的影響進(jìn)行了研究。在對進(jìn)水強(qiáng)化曝氣，維持出水DO濃度為2～3mg/L的條件下，TN(特別是氨氮)的去除效率并沒明顯提高，表明運(yùn)行裝置內(nèi)，特別是爐渣層的硝化菌濃度低，使得TN的去除效果不太理想。運(yùn)行過程中植物生長良好，由于植物的輸氧作用，出水DO濃度(0.9～2.2mg/l)略高于進(jìn)水。

表2 小試運(yùn)行條件 溫度
(度) 時(shí)間
(天) 流量
(l/day) 水力負(fù)荷
（cm/day） HRT
（天） 階段I 23～28 1～12 64.8 5 6 階段II 25～32 13～20 129.6 10 3 階段III 28～33 21～45 72 5.8 5

表3 不同階段污染物的去除效果 污染物指標(biāo) 階段I 階段II 階段III 進(jìn)水 出水 去除率 進(jìn)水 出水 去除率 進(jìn)水 出水 去除率 TN(mg/l) 35.6 9.43 74 36.9 14.4 63 30.0 13.2 58 TP(mg/l) 2.74 0.26 91 3.84 0.74 82 4.5 0.80 85 COD(mg/l) 167.5 21.7 88 253 36.5 86 210.0 24.7 90 SS(mg/l) 60 未檢出 約100 160 未檢出 約100 129 未檢出 約100

　　3．2 流態(tài)試驗(yàn)
　　采用氯化鋰為示蹤劑分析了人工復(fù)合生態(tài)床內(nèi)部流態(tài)特征，得到的停留時(shí)間和完全混合模型的一種流態(tài)，其特點(diǎn)為早出峰，曲線后半段接近完全混合流態(tài)。通過對停留時(shí)間分布曲線的計(jì)算，在10cm/day的水力負(fù)荷下，平均停留時(shí)間為2.3天，而理論停留時(shí)間為3天。這些結(jié)果說明床體存在短流。

4．結(jié)論

　　(1) 人工復(fù)合生態(tài)床小試系統(tǒng)對生活污水有著良好的處理效果。整個(gè)運(yùn)行期間，COD、TN和TP的平均去除效率分別在85%、60%和80%以上。隨著水力負(fù)荷的提高和反應(yīng)器水位的降低，系統(tǒng)的去除效率略有下降。
　　(2) 小試裝置的水力停留時(shí)間分布曲線為介于理想推流和完全混合模型的一種流態(tài)，其特點(diǎn)為早出峰，曲線后半段接近完全混合流態(tài)。床體存在短流。