盐龙湖人工湿地净化微污染河水水质研究

罗利民，何玉良，郑军田，仓基俊

（1.江苏省盐城市水利局，224002，盐城；2.江苏省盐城市水利科学研究所，224002，盐城）

微污染河水水质净化已经成为国际关注热点。国内外对微污染河水水质净化进行了大量研究，开发了多种水质净化工艺。由于河水中污染物种类多样，其净化工艺差别较大。河水预处理技术可在一定程度上改善水质，或改善可生化性能、絮凝沉淀性能等，提高后续处理工艺的净化效果。

人工湿地、生物接触氧化、生物滤池等技术在微污染河水的净化方面也有一定应用，潜流人工湿地技术由于具有耐冲击负荷能力强、建设和运行费用低、出水水质稳定等优点，受到广泛关注。研究表明，潜流人工湿地去除化学需氧量、氨氮的效率较高，但对总氮的去除效果不佳，主要原因是潜流人工湿地反硝化效率较低。反硝化过程需要厌氧环境，而普通潜流人工湿地为了有效去除化学需氧量、氨氮而保持好氧环境。因此，如何在同一湿地中同时创造好氧和厌氧两种环境，是高效去除总氮的关键所在。

本研究构建了好氧/厌氧多级串联潜流人工湿地，应用于盐城市新建饮用水源生态净化工程 （盐龙湖）进水水源的水质净化，为微污染河水水质改善、饮用水水源水质保障提供科学依据和技术支持。

一、材料与方法

1.材料

人工湿地填料选择卵石、沸石、火山石、炉渣、沙等。

2.研究方法

（1）好氧/厌氧多级串联潜流人工湿地模式

将人工湿地设置好氧、厌氧、好氧三段，其比例为 1∶1∶1，人工湿地长∶宽∶高为 120 cm∶50 cm∶50 cm， 试验装置见图1。

（2）填料性能优选

选择卵石、沸石、火山石、炉渣、沙等填料，每种填料构建上述潜流人工湿地，研究连续进水条件下对化学需氧量、总氮的去除能力，优选出最佳填料或填料组合。连续进水30天，前15天为填料微生物挂膜期。挂膜完成后，每3天从出水口取样一次，共取样5次，测定重铬酸盐需氧量、总氮。在第30天采一定体积的填料进行浸提，利用DAPI测定单位体积浸提液中微生物含量。

表1 单位体积浸提液微生物量

（3）好氧/厌氧潜流人工湿地净化微污染水质工艺优化

填料采用火山石，水力负荷为10 m3/（m2·d）， 正式运行前通水挂膜 15天，然后连续运行30天，考察水质净化效果。根据净化效果，调整运行工艺和布水方式，构建最佳运行工艺。

3.分析测试方法

水样采集后立即测定化学需氧量、氨氮、亚硝酸盐氮、硝酸盐氮、溶解氧、pH和水温。化学需氧量、氨氮、亚硝酸盐氮、硝酸盐氮的测定均采用相关的标准方法进行分析，pH值用玻璃pH计测定，溶解氧采用WTW2B20-0017型溶氧仪测定。

二、结果与讨论

1.不同填料水质净化能力比较

6种填料化学需氧量、总氮的去除率见图 2、图 3。

湿地运行30天后，测定不同填料微生物的生长量。结果表明：相同体积的填料上附着生长的微生物量差异显著，火山石微生物量达22 g/L，炉渣为10 g/L，而卵石和沙仅为1.4 g/L和0.8 g/L，见表1。火山石的比表面积253.2m2/g大于沸石的199.7m2/g，远远大于沙子的比表面积1.89 m2/g。可见，相同体积的火山石具有最大表面积，能生长大量微生物，而微生物的转化是去除化学需氧量和氮的主要途径。同时火山石具有对水流阻力小，不易堵塞，布水布气均匀，表面粗糙，挂膜速度快，反冲洗时微生物膜不易脱落等优点。因此，火山石作为人工湿地填料具有高效去除污染物的潜力。

2.好氧/厌氧潜流人工湿地净化效果

通过研究好氧/厌氧/好氧三级串联潜流人工湿地对盐龙湖水质的净化效果，并调整运行工艺，以期得到适于盐龙湖水质的净化工艺。

（1）氨氮的去除效果

氨氮去除率随时间逐渐增高，3个月中最终去除率均达到75%以上，11月份去除率接近100%。说明湿地中硝化作用进行得很充分，将大量氨氮转化为硝酸盐氮和亚硝酸盐氮，见图4。

（2）化学需氧量的去除效果

从图5可以看出，11月份重铬酸盐需氧量去除率最高，达92.35%。12月和1月去除率也能达到54%，因为天气较冷，故较11月份结果偏低。

（3）硝态氮去除效果

从图6可以看出硝酸盐氮及亚硝酸盐氮含量在试验开始阶段升高，原因是微生物的硝化作用将氨氮转化为硝酸盐氮和亚硝酸盐氮，最终出水值与进水值基本相同。去除率很低，分析原因主要是厌氧段作用没有完全发挥出来，水力负荷太大，反硝化作用太弱，硝酸盐氮没有来得及转化为氮气排出。

经过3个月的试验，在不曝气的情况下，氨氮的去除率达到75%～100%，重铬酸盐需氧量的去除率达到60%～80%。但是总氮和硝酸盐氮的去除率很低，总氮去除率低的原因主要是有机氮和硝态氮转化率低，因此通过增加湿地好氧段曝气、延长厌氧段的方法进行改进。

3.好氧/厌氧多级串联潜流人工湿地工艺优化

针对前3个月总氮及硝酸盐氮去除率较低的问题，将湿地结构优化为好氧—缓冲—厌氧—好氧 （O-BA-O）四级串联，好氧段进行强化曝气，厌氧段表层覆盖多层塑料膜促进形成厌氧环境。

（1）硝酸盐氮和亚硝酸盐氮去除效果

从图7、图8可以看出，湿地结构改进后，硝酸盐氮和亚硝酸盐氮的去除率较前3个月有了明显提高，硝酸盐氮去除率能达到50%左右，亚硝酸盐氮的去除率也在20%～40%范围内。因为新的试验装置厌氧段较长，占到了整个装置长度的一半，且设置了缓冲段，使水流入厌氧段时溶解氧含量减少，反硝化作用效果也随之变好。

（2）总氮的去除效果

湿地结构改进后，总氮的去除率也较改进前有了明显提高，在40%左右。经过湿地处理，出水中总氮为0.49 mg/L，水质提高了一个等级，见图9。

三、结 论

针对微污染水源水质特征，研究了好氧/厌氧多级串联潜流人工湿地填料性能、湿地结构对水质净化效果的影响。结果表明：火山石填料具有最大的比表面积和微生物附着能力，具有最强的水质净化潜力。好氧∶厌氧∶好氧为 1∶1∶1 时，潜流人工湿地对微污染水源的化学需氧量、氨氮具有强去除能力，但对硝酸盐氮去除效果不佳。将湿地结构优化为好氧—缓冲—厌氧—好氧（O-B-A-O）四级串联后，显著降低了出水中硝酸盐氮、总氮含量，水质提高了一个等级。可见，好氧—缓冲—厌氧—好氧（O-B-A-O）四级串联潜流人工湿地是较适于微污染水源水质净化的生态工艺。

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