复合垂直流人工湿地对低浓度养殖废水循环净化功能研究岳春雷1,常 杰2,葛 滢2,朱荫湄1(1.浙江大学环境与资源学院环境工程系,杭州 310029; 2.浙江大学生命科学学院,杭州 310029)
摘 要:人工湿地已被广泛用于处理各种类型的废水.本项研究采用复合垂直流人工湿地循环净化杭州植物园内低浓度养鱼废水,并对其处理效果进行化学分析.湿地出水的硝态氮、总磷、化学需氧量等绝大多数指标达到了国家地面水一类标准;湿地运行以后,在不进行换水的条件下,养鱼池内水质能保持较好的状态,节约了地下水和电能,产生了显著的经济效益和生态效益.
关键词:环境工程学;人工湿地;养鱼废水;净化效果;生态效益中图分类号:X703.1 文献识别码:A 文章编号:1001-7119(2004)01-0015-03
StudiesonCirculatingPurificationofLowStrengthFisheryWastewaterwithCompoundVertical2FlowConstructedWetland
YUEChun2lei1,CHANGJie2,GEYing2,ZHUYin2mei1(1.EnvironmentalEngineeringDepartmentofEnvironmentandResourceCollege,ZhejiangUniversity,Hangzhou310029,China;
2.CollegeoflifeScience,ZhejiangUniversity,Hangzhou310029,China)
Abstract:Constructedwetlandhasbeenwidelyappliedintreatingavarietyofwastewater.ThefisherywastewaterinHangzhouBotanyGardenwaspurifiedincirculationbythecompoundvertical-flowconstructedwetland,anditstreatmentefficiencywasan2alyzed.Mostindexesofoutflowwater,suchasnitrate-N,totalphosphorusandchemicaloxygendemand,metthestandardoffirstgradesurfacewater.Afterconstructed,thewetlandcouldmakewaterqualityinthefishchamberbetterwithoutapplyingunder2groundwater.Thisprojectcouldbringsignificanteconomicandecologicalbenefits.
Keywords:environmentalengineering;constructedwetland;fisherywastewater;treatmentefficiency;ecologicalbenefit 人工湿地(Constructedwetland)污水处理是20
世纪70年代发展起来的一种污水处理技术.在过去几十年里,人工湿地在水污染控制方面的研究引起了人们广泛的讨论.与活性污泥法相比,它具有处理效果好、运转维护管理方便、工程基建和运转费用低、对负荷变化适应能力强等优点,比较适合于发展中国家采用[1～3].该生态技术已被广泛地用
于处理城市生活污水、工农业生产废水和暴雨径流,在世界许多地方的废水管理和水污染控制方面
发挥着越来越重要的作用[4].
杭州玉泉景区以天然泉和鱼类观赏为特色.水源主要来自降雨和地下水补给.近年来,由于长期抽取地下水更换池水,致使天然泉枯竭.用地下水或自来水成本太高,景区难以自维持.继续大量采取地下水将被国家禁止.水资源短缺一直是制约玉泉景区可持续发展的关键问题.在风景区内通过建立人工湿地(生态绿地)对污水进行循环处理是解决这一问题的最好途径.人工湿地在处理污水的同
第20卷第1期2004年1月
科技通报
BULLETINOFSCIENCEANDTECHNOLOGYVol.20 No.1
Jan.2004
收稿日期:2002-10-24
基金项目:浙江省自然科学基金资助项目(302008)作者简介:岳春雷,男,1969年生,河南永城人,博士.现在浙江省林业科学研究院工作.
© 1995-2006 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved.时,又美化了景区的环境.1 材料与方法1.1 湿地结构以欧盟合作项目研究成果为基础,于2001年5～8月在杭州植物园内建造人工湿地,用于处理观鱼池内的养鱼废水.湿地总面积为600m2,在结构上与传统的垂直流湿地有所不同,由上池和下池两部分组成.剖面结构如图1所示.湿地底部和四周以水泥墙封闭,并进行防渗处理.上池和下池均以沙和砾石为基质.沙粒径为0～5mm,沙层厚度为40cm;砾石为40～70mm,砾石层厚度为10cm.湿地上池主要种植美人蕉(Cannaindica)、紫露草(Tradescantiavirginiana)和黑麦草(LoliumperenneL.);下池主要种植美人蕉(Cannaindica)、灯心草(Juncuseffusus)、香蒲(Typhaorientalis)等植物.通过泵站,把观鱼池的养鱼废水由输水管道注入该湿地.经埋藏在上池沙层表面的布水管,养殖废水均匀流入上池,向下沉降,经上池底部自流入下池底部,并向上经过下池的砂层,被位于下池沙层表面的集水管均匀收集,最后通过出水管流入集水池.这种独特的水流方式能确保流入湿地的废水与基质和植物根系充分地接触,有利于提高湿地的净化效果.图1 复合垂直流人工湿地结构示意图Fig.1 Diagramofcompoundvertical2flowconstructedwetland1.2 湿地运行条件采用全天自动间歇式注水,每3小时注水1次,每次1h,每日注水8次,日总注水量为160m3,日水力负荷为270mm,水力停留时间为15h.
1.3 测试方法自2001年12月至2002年9月,对杭州植物园人工湿地出水口、观鱼池进行水样采集,同时对南塘和地下水进行取样分析.分析指标包括氨态氮(NH
42N)、硝态氮(NO3
2N)、凯氏氮(K2N)、总磷
(TP)、化学需氧量(CODMn)、五日生化需氧量
(BOD5)、溶解氧(DO)、浊度(TURB)、pH值.其中
TP
采用过硫酸盐氧化法测定[5];NO
3
2N用电极法测
定;NH
42N用纳氏试剂光度法测定;COD用KMnO4
法测定;BOD用稀释与接种法测定;TURB采用分光
光度计法测定;DO和pH用仪器现场直接测定[6].
2 结果与讨论2.1 湿地出水水质经过湿地系统处理以后的出水水质见表1.在系统运行的各个时期的湿地出水中NO
3
2N含量、TP
含量、高锰酸钾指数均达到国家地面水一类水标准,但在12月NO
3
2N含量相对较高;K2N含量在7
月以前相对较高,7月以后K2N含量逐步下降,并达到国家一类水质标准;湿地出水的BOD5在12月高于国家一类水标准,在其余的阶段达到国家一类水标准(<3mg/L).浊度在12月较高,12月以后有明显的降低.综上所述,人工湿地的出水绝大多数指标最终达到了国家一类水的水质标准.
在湿地系统中具有沉降性的有机物通过沉积和过滤可很快被去除,可溶性有机物主要通过微生物的降解而去除,氮则是通过硝化与反硝化反应及水生植物的吸收而被去除,而磷的去除主要靠沉淀、吸附及植物的吸收.在12月,由于在湿地中NO3
2N的去除主要通过反硝化和植物吸收完成.湿
地中的基质和沉积物对细菌无毒害作用,湿地植物的生长为细菌的反硝化作用提供了碳源.因而,湿地为细菌反硝化作用创造了有利的条件[7].但是,
细菌的反硝化作用受温度的影响.在10～30℃范围内,高温有利于反硝化[8].在12月,由于温度较低,
反硝化作用较弱,出水中NO
3
2N的含量相对较高,
但仍达到了一类水的标准.P容易被土壤颗粒和悬浮物吸附,这是P最有可能的转移途径[9].入水流
经湿地后,水的浊度明显下降,表明水中悬浮物浓度下降.湿地出水中TP的降低可能与水中悬浮物减少有关.在湿地中,P浓度的下降也与植物对可
16 科 技 通 报第20卷© 1995-2006 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved.溶性P的吸收有关.
表1 人工湿地出水水质状况Table1 Qualityofoutflowwateroftheconstructedwetland
采样时间NO32N/(mg/L)KN/(mg/L)TP/(mg/L)CODMn/(mg/L)BOD/(mg/L)DO/(mg/L)
TURB/NTUpH
2001-121.53340.20590.06401.49394.7009.434.57.802002-020.66790.50480.00601.40991.05011.305.57.502002-050.85370.75570.01111.82741.35511.301.07.422002-070.81270.12450.01790.50140.9106.702.57.342002-091.32810.13390.01330.61321.1606.774.07.41
2.2 观鱼池水与南塘水水质比较南塘在观鱼池的附近,也养殖一些观赏鱼,但养殖密度远远低于观鱼池.南塘水质没有经过人工湿地的净化处理.由表2可以看出,在系统运行的各个时期,观鱼池水绝大多数指标优于南塘水.以7月为例,南塘水的NO32N、KN、TP、COD、BOD含量和浊度分别为观鱼池水的1.7、3.2、3.2、2.4、1.6、5.8倍,说明该工程能有效净化观鱼池水.
表2 观鱼池水质与南塘水质比较Table2 ComparisonofwaterqualitybetweenFishChamberandSouthPool
采样时间采样地点NO32N/(mg/L)KN/(mg/L)TP/(mg/L)CODMn/(mg/L)BOD/(mg/L)DO/(mg/L)
TURB/NTUpH
2001-12观鱼池1.04761.93730.08862.19574.809.10247.57.90南塘1.06772.01590.14106.07235.9011.302108.30
2002-02观鱼池0.68120.64450.01882.48575.1111.80177.00南塘0.91550.94050.01994.22554.479.20157.50