人工湿地污水处理系统以其高效、低耗、低运行成本等特点

已经在世界各地城市生活污水和雨水径流处理中得到了较为广泛的应用。
2 材料与方法(Materials and methods)
2．1 试验材料
蛭石是一种层状结构的含镁水铝硅酸盐次生变质矿物，具有良好的吸附及离子交换性能，其化学通式为Mg (H：0){Mg，一 [AISiO，0 。](OH) }，它是粘土的一种，其结构既可以是三八面体，也可以是二八面体．外形似云母，通常由黑(金)云母经热液蚀变作用或风化而成．吴晓芙、胡日利等(2004)的研究表明，蛭石对污水中的氨态氮阳离子基团有着良好的吸附性能．本试验所用天然蛭石来自河北省灵寿县汇鑫矿业加工厂，为未经筛选的蛭石原矿，粗细不均，其粒度分布情况见表1．

实验污水来自校园生活污水和自配模拟生活污水，其中NH；·N及磷浓度采用投加氯化铵和磷酸二氢钾调节，COD通过投加可溶性淀粉及葡萄糖调节，具体水质情况见表2．

2．2 试验方法与装置
2．2．1 快速穿透吸附试验 穿透吸附试验也称动态吸附试验，就是将含有NH4+的溶液连续地通过蛭石填充柱，直到流出液的NI-I；-N的浓度超过设定值为止，此时蛭石的单位吸附量q 即为该出水浓度下的快速平衡吸附量；本试验设出水NH ·N浓度为5mg·L 时即穿透．其中柱A用直径为8cm的PVC管柱，内填天然蛭石高度为30cm，质量1750g，有效容积1．5L；柱B用直径为5cm的PVC管柱，填天然蛭石高度为30cm，质量700g，有效容积0．6L，由转子流量计调节柱体水力负荷(见图1)．

2．2．2 缓冲单元去污试验 本试验主要模拟当湿地系统中植物生长停滞、微生物活动较弱或无植物时，将蛭石单元作为湿地系统应急缓冲单元或主要处理单元的情形．试验采用3根大口径PVC管(直径为30cm)柱作为天然蛭石缓冲单元去除污染物的模拟装置，柱体内部从下至上依次填充卵石(厚度约为5—8cm)、煤渣(厚度3～5cm)、细沙(厚度2～3cm)、蛭石(厚度分别为1柱60 cm、2柱80 cm、3柱40era)，按设定方式进水运行(1柱上进下出、2柱和3柱下进上出)，监测进出水中各种污染物的变化情况，考察了天然蛭石缓冲单元在缺氧厌氧且
无植物的条件下对污水中污染物的去除能力，2．2．3 原位生物再生试验 再生试验由4个对比系统组成，其中1号为无植物淹水静置对照，2号为无植物干湿交替再生系统(排水循环利用)，3号为美人蕉湿地再生系统，4号为梭鱼草一风车草一香蒲组合植物再生系统．1号小试系统装置为内径20cm、高40cm的PVC管，2、3、4号系统为内径30cm、高40cm的不锈钢桶，各系统底部均设置出水阀，底部填料均为细沙和石灰石(厚度lOcm)，上部均填充厚度为25cm 的铵吸附饱和．天然蛭石，中间以细纱窗布作间隔．4个系统中的蛭石在使用前，反复用高浓度NH C1溶液浸泡，使蛭石铵吸附达到饱和，测得其对NH：一N的吸附量为2，39mg·g ，按要求装填好后，向各系统中加入经预处理后的生活污水(CODc 为144．49—188．65 mg·g～ ，NH4+一N为24．5— 31．2 mg·g )，使系统表面淹水深度在5cm左右，静置1d后，将各系统中的水排出至对应容器并测定其体积，按出水体积的5‰ 依次加入EM菌液和硝化污泥上清液，混匀后再注入对应系统，开始再生．
再生过程水温较为恒定，基本维持在25—30℃间，其中1号系统长期处于淹没状态，2、3、4号系统以2d为一个周期(40h淹水、8h落干)循环运行，利用落干时水面下降促使空气进入蛭石的空隙间，从而为系统内部提供更多氧气；另外，在3号系统种30cm高的美人蕉幼苗3株，4号系统种梭鱼草、风车草和香蒲各1株(高度分别为40、30、50cm)，平均植株密度为30株．m～，蒸发或植物蒸腾减少水量由人工湿地中试系统出水补充．分别在第10、20、30、40、50、60、90d，测定系统中蛭石的NH4+一N质量分数．
2．3 主要测定方法
COD：重铬酸盐法；NH4十一N：钠氏试剂分光光度法；TP：磷钼蓝分光光度法；TN：紫外分光光度法；
pH值：电极法．
3 结果(Results)
3．1 穿透试验结果
试验中进水NH：一N的浓度为22，2mg·L～ ，柱A的进水流量为8L·h～ ，HRT为0，19h；柱B的进水流量为4 L·h。。，HRT为0，15 h，两柱的穿透曲线如图2所示，其中，柱A的穿透时间为8，5 h，柱B的穿透时间为6，0 h，

3．2 缓冲试验结果
缓冲单元去污试验开始于7月29日，各蛭石柱(柱1、柱2、柱3)的处理量均设定为100L·d～，折合水力负荷约为1．4 1TI ·1TI-2,d～，保持连续进水．在试验期间，各缓冲单元对污水中污染物的去除效果以及对出水pH的影响情况如图3、图4所示


3．3 生物再生过程模拟
图5为4个再生系统中蛭石氨氮含量的变化情况及再生过程模拟曲线．试验结果表明，蛭石生物再生过程的动力学模拟基本符合指数方程，其中，无植物．静置淹没湿地(1号)、无植物．干湿交替湿地(2号)、美人蕉湿地(3号)与组合植物湿地(4号)的模拟方程依此为：


4 讨论(Discussion)
4．1 穿透吸附过程分析
根据试验结果可知，柱A和柱B在达到快速吸附穿透点(5mg·L )时的处理水量与其有效容积之比值(简称：BV)分别为45．33和40，对NH4+一N的单位吸附量(q )分别是0．746mg·g 和0．658mg·g～．可以看出，在蛭石量和进水浓度一定的情况下，出水的氨氮浓度达到指定浓度时(穿透浓度)，蛭石的单位吸附量会随水力停留时间的延长而增加，其主要原因是：在快速吸附过程的前期，天然蛭石对NH4+一N的吸附主要发生在蛭石颗粒的表
层吸附位上，水力停留时间短，则吸附量相对较小，去除率偏低，并导致穿透时间相应缩短；适当的延长水力停留时间，使蛭石颗粒对NH —N的交换吸附更加充分，可深入到天然蛭石颗粒内部的交换位，这样体系中蛭石的单位吸附量也相应增大．因此，在应用中，要根据实际情况选择合适的水力停留时间，一方面可以尽量减少填料用量和占地面积，另一方面也使系统的处理效率提高．从图2我们还可以看出，出水NH ．N超过设定值，并不是体系中天然蛭石吸附氨氮能力的耗竭，蛭石体系仍有一定的NH 一N去除能力，只是不能使出水的NH4+一N水平保持在指定浓度范围内，此时可认为蛭石系统已达到工程实际使用寿命，此时的系统已不适于作为主要处理单元，应对内部发挥主要作用的蛭石进行再生，以恢复其吸附能力．