環(huán)境科學(xué)畢業(yè)設(shè)計論文垂直流與表面流人工濕地處理污水效果的對比分析

1、<p><b>　　本科畢業(yè)論文</b></p><p><b>　?。?0 屆）</b></p><p>　　垂直流與表面流人工濕地處理污水效果的對比分析</p><p>　　所在學(xué)院 </p><p>　　專業(yè)班級

2、 環(huán)境科學(xué) </p><p>　　學(xué)生姓名 學(xué)號 </p><p>　　指導(dǎo)教師 職稱 </p><p>　　完成日期 年 月 </p><p><b>　　目 錄&

3、lt;/b></p><p><b>　　引言1</b></p><p><b>　　1 材料方法3</b></p><p>　　1.1垂直流及表面流人工濕地概況3</p><p>　　1.1.1朱家尖垂直流人工濕地3</p><p>　　1.1.2定海城北水庫

4、表面流人工濕地3</p><p>　　1.2所測水質(zhì)指標(biāo)的定義及意義4</p><p>　　1.2.1 溶解氧(DO)4</p><p>　　1.2.2化學(xué)需氧量(COD)4</p><p>　　1.2.3生化需氧量(BOD)4</p><p>　　1.2.4 總磷(TP)5</p><

5、p>　　1.2.5無機(jī)氮5</p><p>　　1.3采樣及分析測定方法5</p><p>　　1.3.1 采樣方法5</p><p>　　1.3.2 各指標(biāo)測定方法6</p><p><b>　　2 結(jié)果8</b></p><p>　　2.1溫度和pH變化量8</p>

6、;<p>　　2.2有機(jī)物指標(biāo)的含量12</p><p>　　2.3無機(jī)氮和TP的含量13</p><p><b>　　3 討論14</b></p><p>　　3.1 兩種人工濕地對DO恢復(fù)效果對比分析14</p><p>　　3.2 兩種人工濕地對COD去除效果對比分析15</p>

7、<p>　　3.3 兩種人工濕地對BOD的去除結(jié)果對比分析16</p><p>　　3.4 兩種人工濕地對TP的去除結(jié)果對比分析17</p><p>　　3.5 兩種人工濕地對無機(jī)氮的去除效果對比分析18</p><p>　　3.6所測主要水質(zhì)指標(biāo)去除率比較19</p><p>　　4 人工濕地研究發(fā)展21</p

8、><p><b>　　5 小結(jié)22</b></p><p>　　垂直流與表面流人工濕地處理污水效果的對比分析</p><p>　　[摘要] 本文對朱家尖垂直流人工濕地和定海城北水庫表面流人工濕地的進(jìn)水口水樣、儲水池水樣以及出水口水樣的水質(zhì)進(jìn)行連續(xù)監(jiān)測，采用堿性高錳酸鉀法、五日培養(yǎng)法和鹽酸奈乙二胺比色法分別測定水樣中化學(xué)需氧量（CODMn）、生化

9、需氧量（BOD5）、亞硝酸鹽氮（NO-2-N），并用SKALAR儀器測定硝酸鹽氮（NO-3-N）、氨氮（NH+4-N）和總磷（TP）等主要水質(zhì)指標(biāo)。根據(jù)這些指標(biāo)，對比分析了這兩種人工濕地對生活污水的處理效果。結(jié)果表明：垂直流人工濕地對COD、BOD5、TP和NO-3-N + NO-2-N去除效果較好，平均去除效率分別為77.62%、77.11%、71.81%和 70.09%；表面流人工濕地對COD、BOD5、TP和NO-3-N + NO

10、-2-N去除效果較差，平均去除效率分別為64.41%、44.83%、61.05%和46.54%；二者對NH+4-N去除效果相對較低，平均去除效率分別為62.61%和39.16%；垂直流人工濕地對生活污水的凈化效果明顯優(yōu)于表面流人工濕地。</p><p>　　[關(guān)鍵詞] 垂直流人工濕地；表面流人工濕地；去除率；污水處理</p><p>　　Wastewater treatment effic

11、iencies of the vertical flow constructed wetland and the surface flow constructed wetland</p><p>　　[Abstract] A full-scale vertical flow constructed wetland (VFCW) and a surface flow constructed wetland (SFC

12、W) were constructed in the vicinity of Zhujiajian and north reservoir of Dinghai, Zhoushan City, Zhejiang Province, respectively. The study was conducted to monitor water quality of inflow, storage and outflow of the cou

13、ple of constructed wetlands (CWs) continuously. The CODMn, BOD5 and nitrite (NO-2-N) of water were assayed by potassium permanganate method, 5 days incubation method and hy</p><p>　　[Key words] Vertical flow

14、 constructed wetland; Surface flow constructed wetland; removal efficiency; Wastewater treatment</p><p><b>　　引言</b></p><p>　　濕地的定義大體上可以分為廣義和狹義兩種。狹義定義一般認(rèn)為濕地是陸地和水域之間的過渡地帶，而廣義定義則把地球上除海洋

15、(水深6m以上)外的所有水體都當(dāng)作濕地[1]。濕地公約對濕地的定義就是廣義上的定義，即濕地系統(tǒng)是指不問其為天然或人工、長久或暫時之沼澤地、泥炭地或水域地帶，帶有靜止或流動、或?yàn)榈?、半咸水或咸水水體者，包括低潮時水深不超過6m的水域。也可包括鄰接濕地的河湖沿岸、沿海區(qū)域以及濕地范圍的島嶼或低潮時水深超過6m的水域[2]。濕地作為陸地與水域的過渡地帶，它不僅為野生動植物提供生長和繁殖的場所，同時還具有凈化水質(zhì)、降解污染物、調(diào)節(jié)氣候，維持整

16、個地球生命支持系統(tǒng)穩(wěn)定等服務(wù)功能 [2]。</p><p>　　人工濕地技術(shù)是國際上近20年來發(fā)展起來的一種廢水處理的新技術(shù)，其特點(diǎn)是投資少、效果好、運(yùn)行維護(hù)方便、氮磷去除率高，這方面的研究在世界范圍內(nèi)得到了迅速發(fā)展[3]。人工濕地就是通過模擬自然濕地的結(jié)構(gòu)以及功能，選擇一個合適的地理位置與地形，根據(jù)人們處理污水的需要，人為設(shè)計與建造的濕地[1]。用來處理污水的人工濕地是一項(xiàng)比較新型的廢水處理技術(shù)，主要由耐污染性

17、能較好的植物與不同粒徑礦渣、砂礫等組成濕地基質(zhì)床體所共同構(gòu)成的人工生態(tài)系統(tǒng)，系統(tǒng)內(nèi)還含有大量微小動物、微生物和藻類，它們是人工濕地系統(tǒng)處理污水的主要因子。進(jìn)入人工濕地系統(tǒng)的污水中污染物在微生物作用下，不論發(fā)生好氧反應(yīng)還是厭氧反應(yīng)，都將大大降低或消除污染物的毒性。同時，種植在濕地中的水生植物還會吸收一部分N、P和重金屬物質(zhì)[4,5]，很多微小動物也能協(xié)助植物與微生物去除水體中的污染物[6]。</p><p>　　我

18、國對人工濕地研究起步較晚，在“七五”期間開始人工濕地的研究，目前已有了很多個處理污水的人工濕地正常運(yùn)行。已建成的一些處理生活污水和工業(yè)廢水的人工濕地處理系統(tǒng)狀況如下：首例采用人工濕地處理污水的研究工作是1988～1990年在北京昌平進(jìn)行的自由表面流人工濕地，日處理量為500噸的生活污水和工業(yè)污水[7]。1989～1990年由天津環(huán)保研究所建立11個實(shí)驗(yàn)單元研究蘆葦濕地對城市污水的處理能力，并對水力負(fù)荷、有機(jī)負(fù)荷、停留時間及季節(jié)等與污水中

19、主要污染物規(guī)律進(jìn)行探索，實(shí)驗(yàn)結(jié)果優(yōu)于二級處理[8]。1990 年，國家環(huán)保局華南環(huán)境科研所與深圳東深供水局在深圳白泥坑建立實(shí)驗(yàn)基地, 占地8 400m2，日處理量為4 500 噸的城鎮(zhèn)綜合污水，對BOD 的去除率平均為88%～94%，且白泥坑污水中有機(jī)物濃度變化很大， 但出水有機(jī)物濃度并不隨進(jìn)水濃度的變化而產(chǎn)生較大變化[9]。20世紀(jì)末建成的成都活水公園更展示了人工濕地系統(tǒng)處理污水新工藝的以水為主體的環(huán)境科學(xué)公園和“用綠葉鮮花裝飾大地，

20、把清水活魚送還自然”的魅力，使生態(tài)與環(huán)境效益的完美結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了污水資源化利用、整治堤岸、凈化水體及恢復(fù)水域良性生態(tài)環(huán)境</p><p>　　人工濕地是個完整的生態(tài)系統(tǒng)，它是由水體、基沙、粗砂、礫石、水生植被（以蘆葦、香蒲等構(gòu)成）五個基本組成要素構(gòu)成的，能夠利用基質(zhì)微生物、植物系統(tǒng)的物理、化學(xué)和生物的協(xié)同作用，通過過濾、吸附換、植物吸收和微生物分解來實(shí)現(xiàn)對廢水的高效凈化源化與無害化，屬于一種生態(tài)治理污水的方法[12

21、]。蘆葦是多年生草本植物，是濕地系統(tǒng)的重要組成部分，它們均勻地分布生長在人工濕地中，起著均勻水流和為微生物提供附著界面的重要作用。具體表現(xiàn)為：①植株對水流起阻滯作用，可提高污水在處理田中的停留時間；②植物光合作用產(chǎn)生的氧氣可通過莖和根部輸送到根系附近的污水、活性污泥中，以供好氧微生物生命活動之需；③植物枝、葉遮擋陽光，可避免藻類生長，減小出水中的S S 和COD；④在冬季，由于植物的架橋作用形成“冰蓋”，可保持濕地田的水溫[12，13]

22、。</p><p>　　人工濕地污水處理系統(tǒng)分為：表面流人工濕地、水平潛流人工濕地、垂直流人工濕地3種類型[13]。各類型在運(yùn)行、控制等方面的諸多特征存在著一定的差異。其中，表面流濕地不需要砂礫等物質(zhì)作填料，造價較低，但水力負(fù)荷較低。該類型在美國、加拿大、新西蘭、瑞典等國有較多分布；水平潛流濕地的保濕性較好。對BOD、COD等有機(jī)物和重金屬等去除效果好，受季節(jié)影響小，目前在歐洲、日本應(yīng)用較多;垂直流濕地綜合了前兩

23、者的特點(diǎn)，但其建造要求較高，至今尚未廣泛使用[14]。</p><p>　　本次實(shí)驗(yàn)是為了對比垂直流與表面流人工濕地對生活污水中COD、BOD5、NO3-N、NH4-N和TP等水質(zhì)指標(biāo)的去除效果（分別以朱家尖垂直流人工濕地和定海城北水庫表面流人工濕為例），通過監(jiān)測這兩種人工濕地進(jìn)出口水樣中COD、BOD5、NH+4-N、 NO-3-N + NO-2-N和TP等含量，計算出兩種人工濕地分別對各水質(zhì)指標(biāo)的去除率，經(jīng)比

24、較得出結(jié)果。</p><p><b>　　1 材料方法</b></p><p>　　1.1垂直流及表面流人工濕地概況　</p><p>　　1.1.1朱家尖垂直流人工濕地</p><p>　　朱家尖垂直流人工濕地位于浙江省舟山市朱家尖鎮(zhèn)（29º53N， 122º23E）。于2006年，用機(jī)械挖掉約2m

25、深的原土，按垂直流結(jié)構(gòu)建設(shè)人工濕地約0.30公頃，土壤粗沙多，細(xì)沙少（粗沙占：細(xì)沙大約為5：1）。實(shí)驗(yàn)地用朱家尖的南沙風(fēng)景區(qū)賓館與餐館等生活污水灌溉（灌溉量約為每年1.8萬噸），相當(dāng)于每年6 噸/m2。生活污水中的BOD5、COD、NH4-N、NO-3-N + NO-2-N和 TP分別為4.66、4.46、 0.37、1.57和2.64 mg/L（數(shù)據(jù)測定于2010年5月和2010年10月，每月測2次）。垂直流人工濕地水流結(jié)構(gòu)相當(dāng)于滴灌

26、的農(nóng)田，實(shí)驗(yàn)區(qū)水位常在40－70cm波動。因此本實(shí)驗(yàn)樣地與以往多樣性研究樣地相比，基質(zhì)具有通氣、透水、無干旱、營養(yǎng)充足的特征，因而從實(shí)驗(yàn)地建立之后一直沒有施肥。垂直流人工濕地剖面圖如下（圖1.1）：</p><p>　　圖1.1 垂直流人工濕地系統(tǒng)剖面圖</p><p>　　Fig 1.1: Vertical-flow constructed wetland system profile&

27、lt;/p><p>　　1.1.2定海城北水庫表面流人工濕地</p><p>　　定海城北水庫表面流人工濕地位于浙江省舟山市定海城北水庫上游（30°05N，122°08E），在入庫口淹沒區(qū)自然濕地的基礎(chǔ)上，于2008年6月改建而成，該工程共投資10萬余元，規(guī)劃濕地面積為800 m2，實(shí)用濕地面積約600 m2。該工程每天能處理來自上游的水(主要是農(nóng)村生活污水、雨水等)約10

28、0 噸。濕地植物主要有：黃花鳶尾(Iris tectorum)、再力花(Thalia dealbata)、水蔥(Scirpus tabernaemontani)和梭魚草(Pontederia cordata)，各種植物各1塊長方形的樣地，每塊樣地面積約150 m2，由一個調(diào)節(jié)池和四塊濕地植物組成。隨即投入運(yùn)作，主要處理城北新村的生活污水，通過這片人工濕地的水體中氮、磷含量明顯減少，水體中的富營養(yǎng)化程度大大降低。表面流人工濕地剖面圖如下（

29、圖1.2）：</p><p>　　圖1.2 表面流人工濕地系統(tǒng)剖面圖</p><p>　　Fig1. 2: Surface-flow constructed wetland system profile</p><p>　　1.2所測水質(zhì)指標(biāo)的定義及意義</p><p>　　1.2.1 溶解氧(DO) </p><p>

30、;　　水體與大氣進(jìn)行交換或經(jīng)化學(xué)、生物化學(xué)反應(yīng)后溶解在水中的氧即為溶解氧（DO），用每升水里氧氣的毫克數(shù)表示。水體中溶解氧的含量由氧氣的供給過程和消耗過程所控制，其供給途徑有：浮游植物的光合作用、水流帶入的氧氣和空氣中氧氣通過水面擴(kuò)散溶解于水中。水中溶解氧的多少是衡量水體自凈能力的一個指標(biāo)[28]。水里的溶解氧被消耗，要恢復(fù)到初始狀態(tài)，所需時間短，說明該水體的自凈能力強(qiáng)，或者說水體污染不嚴(yán)重。否則說明水體污染嚴(yán)重，自凈能力弱，甚至失去自

31、凈能力[29]。</p><p>　　1.2.2化學(xué)需氧量(COD) </p><p>　　化學(xué)需氧量是在一定的條件下，采用一定的強(qiáng)氧化劑處理水樣時，所消耗的氧化劑量，它是表示水中還原性物質(zhì)多少的一個重要指標(biāo)[15]。水中主要的還原性物質(zhì)是各種有機(jī)物，其次亞硝酸鹽、硫化物、亞鐵鹽等同時也有著還原性作用?？傮w來看，生活污水中的化學(xué)需氧量（COD）受亞硝酸鹽、硫化物、亞鐵鹽等的影響很小，故化學(xué)

32、需氧量(COD)可以作為衡量生活污水水中有機(jī)物質(zhì)含量多少的指標(biāo)?；瘜W(xué)需氧量越大，說明水體受有機(jī)物的污染越嚴(yán)重。在循環(huán)冷卻水系統(tǒng)中COD（KMnO4法）>5mg/L時，水質(zhì)已開始變差[16]。它對于研究河流及受工業(yè)污水影響的海灣，沿岸等，是一個重要的快速的測定參數(shù)，是量度水樣中還原性物質(zhì)的重要指標(biāo)[17]。</p><p>　　1.2.3生化需氧量(BOD) </p><p>　　生化

33、需氧量是“生物化學(xué)需氧量”的簡稱。常記為BOD，是指水中有機(jī)物由于微生物的生物化學(xué)作用進(jìn)行氧化分解，使有機(jī)物無機(jī)化或氣體化時所消耗水中溶解氧的總數(shù)量，以毫克/升或ppm表示。生化需氧量是反映水中有機(jī)污染物含量的一個綜合指標(biāo)，其值越高說明水體中有機(jī)污染物質(zhì)含量越高，水體受污染也就越嚴(yán)重[18]。</p><p>　　生化需氧量（BOD）是一種環(huán)境監(jiān)測的指標(biāo)，主要用于檢測水體中有機(jī)物的污染狀況。一般情況下水體中的有機(jī)

34、物可以被微生物所分解，微生物在分解水中有機(jī)化合物的過程中需要消耗溶解在水中的氧氣，如果水中的溶解氧不足以提供微生物的分解有機(jī)污染物的需要，說明水體已經(jīng)處于污染狀態(tài)[19]。生化需氧量和化學(xué)需氧量的比值則能說明水中的有機(jī)污染物有多少是微生物所難以分解的。微生物難以分解的有機(jī)污染物對環(huán)境造成的危害會更大[20]。</p><p>　　1.2.4 總磷(TP)</p><p>　　水體中的總磷是

35、指總含磷污染量，是水樣經(jīng)前處理和消解后將各種形態(tài)的磷轉(zhuǎn)變成正磷酸鹽后所測定得到的結(jié)果，以每升水樣含磷毫克數(shù)計量[24]。水中磷可以以元素磷、正磷酸鹽、縮合硫酸鹽、焦磷酸鹽、偏磷酸鹽和有機(jī)團(tuán)結(jié)合的磷酸鹽等形式存在[25]。其主要來源為生活污水、化肥、有機(jī)磷農(nóng)藥及近代洗滌劑所用的磷酸鹽增潔劑等[26]。磷酸鹽會干擾水廠中的混凝過程。水體中的磷是一種營養(yǎng)元素，其是藻類生長需要的一種關(guān)鍵元素，過量磷則會造成水體污穢異臭，是水體富營養(yǎng)化甚至湖泊出

36、現(xiàn)水華和海灣出現(xiàn)赤潮的主要原因[27]。</p><p><b>　　1.2.5無機(jī)氮</b></p><p>　　無機(jī)氮包括硝態(tài)氮、亞硝態(tài)氮和氨氮。(亞)硝態(tài)氮是指所有以(亞)硝酸鹽形式存在于水體中的氮元素的量，其來源主要是水和土壤中的有機(jī)物被微生物分解生成銨鹽，再經(jīng)氧化后變?yōu)橄鯌B(tài)氮[21]。氨態(tài)氮是由微生物分解土壤中含有動植物遺骸和排泄物的蛋白質(zhì)與尿酸、尿素等做出

37、的氮源[22]。氨態(tài)氮是水相環(huán)境中氮的主要形態(tài)，是水體富營養(yǎng)化和環(huán)境污染的一種重要污染物[23]。</p><p>　　1.3采樣及分析測定方法</p><p>　　1.3.1 采樣方法</p><p>　　試驗(yàn)從2010年5月開始實(shí)施，2010年10月完成。期間朱家尖垂直流人工濕地和定海城北水庫表面流人工濕地的植物處于正常的生長周期，生長良好，無病害、蟲害現(xiàn)象。兩

38、個人工濕地中污水樣品的采集、貯存、運(yùn)輸和預(yù)處理及其分析測定均按《水和廢水檢測分析方法》[30]中的相應(yīng)要求進(jìn)行，具體測試方法見表1.1。</p><p>　　表1.1 生活污水分析測定方法</p><p>　　Table 1.1 Analysis of determination of sewage</p><p>　　表1.2 生活污水排放標(biāo)準(zhǔn)(GB18918－2

39、002)</p><p>　　Table1.2 Sewage discharge standard(GB18918－2002)</p><p>　　1.3.2 各指標(biāo)測定方法</p><p>　　(1)PH——PH計法[31]</p><p>　　具體操作步驟：(1)檢查儀器：取1：3磷酸鹽緩沖溶液定位，然后分別測定0.01硼酸標(biāo)準(zhǔn)緩沖溶液和

40、0.05鄰苯二甲酸氫鉀緩沖溶液的值比較測定值與標(biāo)準(zhǔn)值，偏差不得超過±0.1[32]。(2)測定：首先調(diào)節(jié)儀器溫度補(bǔ)償，溫度讀數(shù)和室溫一致，然后用1：3磷酸鹽緩沖溶液定位，然后測定水樣，測定水樣之前溫度補(bǔ)償器使其讀數(shù)與水樣溫度一致[33]。</p><p>　　(2)DO的測定——碘量法（溫克勒Winkler法） </p><p>　　在采集水樣的現(xiàn)場就向采集起來的一定量水樣中加入

41、固定劑MnCl2、堿性碘化鉀，則形成Mn(OH)2 [34]。水樣中溶解氧繼續(xù)將Mn(OH)2氧化為Mn(OH)3，然后加入酸，則Mn(OH)3氧化碘化鉀，生成游離碘，再用Na2S2O3 標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定游離碘（Na2S2O3標(biāo)準(zhǔn)溶液每次使用之前都必須滴定）。根據(jù)Na2S2O3的用量計算水樣中氧的含量，按照上述操作大致可分三步：①取樣和樣品中氧的固定；②經(jīng)酸化將溶解氧定量轉(zhuǎn)換成游離碘；③用硫代硫酸鈉標(biāo)準(zhǔn)使用溶液滴定溶液中的碘，求出氧的含量[

42、34]。</p><p>　　(3)COD——高錳酸鉀法</p><p>　　取一定量水樣，在堿性條件下，加入一定量的高錳酸鉀溶液，煮沸10分鐘，氧化水樣中有機(jī)物質(zhì)。若水樣中COD含量較高，則需要將水樣稀釋一定倍數(shù)之后在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作。七價錳在堿性介質(zhì)呈下式反應(yīng) [35] ：</p><p>　　MnO4—+2H2O+3“C”=MnO2↓+3CO2↓+4OH—<

43、/p><p>　　水樣煮沸10分鐘后迅速冷至室溫，加入H2SO4 及 KI ，還原未反應(yīng)的KMnO4和四價錳為二價錳，并析出與之等當(dāng)量的碘：</p><p>　　MnO2+2KI+2H2SO4→MnSO4+I2+K2SO4+2H2O</p><p>　　KMnO4+10KI+H2SO4→MnSO4+5 I2+6 K2SO4+8H2O</p><p&g

44、t;　　再以淀粉做指示劑，用Na2S2O3 標(biāo)準(zhǔn)使用溶液滴定游離碘：</p><p>　　2 Na2S2O3 + I2→Na2S4O6+2NaI</p><p>　　(4)BOD——五日培養(yǎng)法</p><p>　　五日培養(yǎng)法也稱標(biāo)準(zhǔn)稀釋法或稀釋接種法。其測定原理是：水樣經(jīng)稀釋后，在20℃±1℃條件下培養(yǎng)5天，求出培養(yǎng)前后水樣中溶解氧含量，二者的差值為BOD

45、5。 如果水樣五日生化需氧量未超過7mg/L，則不必進(jìn)行稀釋，可直接測定。很多較清潔的河水就屬于這一類水[36]。</p><p>　　(5)NH4-N，NO3-N，NO2-N，TP</p><p>　　NH4-N，NO3-N，NO2-N，TP指標(biāo)用SKALAR間隔流動分析儀器測定。</p><p><b>　　2 結(jié)果</b></p&g

46、t;<p>　　2.1溫度和pH變化量</p><p>　　試驗(yàn)中根據(jù)所采集的水樣分別對朱家尖垂直流人工濕地和定海城北水庫表面流人工濕地進(jìn)水口和出水口水樣的溫度和PH值進(jìn)行了測定，并得到數(shù)據(jù)分別記錄如下表2.1、表2.2。 </p><p>　　表2.1 朱家尖垂直流人工濕地的溫度和PH記錄表</p><p>　　Table 2.1 Temperatu

47、re and pH in the Vertical-flow constructed wetland</p><p>　　表2.2 城北水庫表面流工濕地的溫度和PH記錄表</p><p>　　Table 2.2 Temperature and pH in the Surface-flow constructed wetland</p><p>　　圖2.1：朱家尖垂

48、直流人工濕地水樣溫度隨時間變化曲線圖</p><p>　　Fig 2.1 : Tempeeature in the Vertical-flow construted wetland</p><p>　　圖2.2：城北水庫表面流人工濕地水樣溫度隨時間變化曲線圖</p><p>　　Fig 2.2 : Tempeeature in the Surface-flow co

49、nstruted wetland</p><p>　　由圖2.1、圖2.2對比分析得出兩種人工濕地中污水的溫度隨時間出現(xiàn)一定變化，夏季末時水溫達(dá)到最高；而生活污水在人這兩種工濕地進(jìn)水口的溫度總是略高于出水口的溫度，說明生活污水流經(jīng)該濕地系統(tǒng)總體是吸熱過程[37]。而生活污水經(jīng)過垂直流人工濕地處理后降溫幅度稍小于經(jīng)表面流人工濕地處理的降溫幅度。</p><p>　　圖2.3：朱家尖垂直流人工

50、濕地水樣pH隨時間變化曲線圖</p><p>　　Fig2.3: pH in the Vertical-flow constructed wetland</p><p>　　圖2.4：城北水庫表面流工濕地水樣pH隨時間變化曲線圖</p><p>　　Fig 2.4: pH in the Surface-flow constructed wetland </

51、p><p>　　由圖5、圖6可以看出，朱家尖垂直流人工濕地進(jìn)水的pH在7.90—8.10的范圍內(nèi)，出水的PH在7.50—7.70的范圍內(nèi)；城北水庫表面流人工濕地出水的pH值在7.90—8.50的范圍內(nèi)，出水的PH在7.40—7.72的范圍內(nèi)小范圍內(nèi)波動.?？傮w濕地的出水的pH值要略低于濕地的進(jìn)水pH。說明濕地中發(fā)生了好堿的生化反應(yīng)，這可能是由于濕地中有機(jī)物的厭氧降解或硝化反應(yīng)引起的[38]。</p>&

52、lt;p>　　2.2有機(jī)物指標(biāo)的含量</p><p>　　化學(xué)需氧量(COD)用來反映水體中有機(jī)物質(zhì)含量的多少，化學(xué)需氧量越大，表明水體受有機(jī)物的污染越嚴(yán)重。生化需氧量(BOD)則是一種環(huán)境監(jiān)測的指標(biāo)，主要作用是反映水體中有機(jī)物的污染狀況 [35][36] 。</p><p>　　表2.3朱家尖垂直流人工濕地對有機(jī)物的去除變化表</p><p>　　Table

53、 2.3 the Vertical-flow Wetland changes on the removal of organic matter</p><p>　　表2.4城北水庫表面流人工濕地對有機(jī)物的去除變化表</p><p>　　Table 2.4 the Surface-flow Wetland changes on the removal of organic matter<

54、;/p><p>　　2.3無機(jī)氮和TP的含量</p><p>　　氮是植物生長的必需元素，廢水中的無機(jī)氮包括NH3—N和NO3—N，均可以被人工濕地中的植物吸收，最后通過植物的收割形式從人工濕地的廢水中去除。另外一部分NH3—N還可以揮發(fā)到大氣中去。微生物的硝化、反硝化作用對氮的去除起重要作用[37] 。</p><p>　　實(shí)驗(yàn)中使用SKALAR儀器對各個點(diǎn)采集的水樣

55、中的無機(jī)氮和TP含量進(jìn)行了測量，其數(shù)據(jù)如下表所示，經(jīng)過計算所得的去除率也見表2.5、表2.6：</p><p>　　表2.5 朱家尖垂直流人工濕地對無機(jī)氮和TP的去除變化表</p><p>　　Table 2.5 the Vertical-flow Wetland changes on the removal of organic matter</p><p>　　

56、表2.6 城北水庫表面流人工濕地對無機(jī)氮和TP的去除變化表</p><p>　　Table 2.6the Surface-flow Wetland changes on the removal of organic matter</p><p><b>　　3 討論</b></p><p>　　3.1 兩種人工濕地對DO恢復(fù)效果對比分析<

57、/p><p>　　圖3.1：朱家尖垂直流人工濕地DO變化曲線圖</p><p>　　Fig 3.1: DO in the Vertical-flow construted wetland</p><p>　　圖3.2：城北水庫表面流人工濕地DO變化曲線圖</p><p>　　Fig 3.2:COD in the Surface-flow cons

58、truted wetland</p><p>　　由圖3.1、圖3.2可以看出：生活污水經(jīng)人工濕地處理后其DO都會得到恢復(fù)。朱家尖垂直流人工濕地的進(jìn)水DO比較低，這與朱家尖旅游景區(qū)的生活污水的水質(zhì)特性有關(guān)，該區(qū)生活污水中存在著大量的強(qiáng)還原性物質(zhì)，如有機(jī)物、還原態(tài)氮等。而城北水庫表面流人工濕地進(jìn)水DO較高，則是其生活污水流動面積廣的原因。污水在濕地中經(jīng)植物的釋氧及大氣復(fù)氧，使水體的溶解氧逐漸升高。</p>

59、;<p>　　3.2 兩種人工濕地對COD去除效果對比分析</p><p>　　圖3.3：朱家尖垂直流人工濕地COD變化曲線圖</p><p>　　Fig 3.3: COD in the Vertical-flow construted wetland</p><p>　　圖3.4：城北水庫表面流人工濕地COD變化曲線圖</p><

60、p>　　Fig 3.4: COD in the Surface-flow construted wetland</p><p>　　由圖3.3、圖3.4可以看出，垂直流人工濕地對COD的去處效率較高，平均去除率為71.62%，表面流人工濕地的平均去除率為64.41%；兩種人工濕地處理后的生活污水中COD降低，達(dá)到污水排放一級標(biāo)準(zhǔn)。</p><p>　　3.3 兩種人工濕地對BOD的去

61、除結(jié)果對比分析</p><p>　　圖3.5：朱家尖垂直流人工濕地水樣BOD變化曲線圖</p><p>　　Fig3.5: BOD in the Vertical-flow construted wetland</p><p>　　圖3.6：城北水庫表面流人工濕地水樣BOD變化曲線圖</p><p>　　Fig 3.6: BOD in the

62、 Surface-flow construted wetland</p><p>　　由圖3.5、圖3.6可以看出，兩種人工濕地出水的BOD 濃度都比進(jìn)水口要低，平均濃度只有1.07mg/l，符合出水水質(zhì)指標(biāo)。同時垂直流人工濕地對 BOD 的去除效率在72.89%-79.36%之間，平均去除率為77.11%，而表面流人工濕地對BOD的去除效率則相對低了很多，平均去除率只有44.83。故表明垂直流人工濕地對 BOD

63、這一指標(biāo)的去除比表面流人工濕地有著很明顯的優(yōu)勢，其對有機(jī)物有較強(qiáng)的降解能力。污水中不溶性有機(jī)物通過濕地的沉淀、過濾作用，可以很快地被截留而被微生物利用；污水中可溶性有機(jī)物則通過植物根系生物膜的吸附、吸收及生物代謝降解過程而被分解去除[38]。</p><p>　　3.4 兩種人工濕地對TP的去除結(jié)果對比分析</p><p>　　圖3.7：朱家尖垂直流人工濕地水樣TP變化曲線圖</p&

64、gt;<p>　　Fig 3.7: TP in water samples of the Vertical-flow content</p><p>　　圖3.8：城北水庫表面流流人工濕地水樣TP變化曲線圖</p><p>　　Fig 3.8: TP in water samples of the Surface-flow content</p><p&g

65、t;　　從圖3.7、圖3.8可以看出，垂直流人工濕地對TP的去除效果較好，平均去除率為71.81%，表面流人工濕地對TP的平均去除率為61.05%。兩種人工濕地對TP的去除效果如圖13和圖14所示。從圖中可以看出，人工濕地出水TP濃度與進(jìn)水TP濃度有關(guān)，進(jìn)水TP濃度越高，出水TP濃度也較高。原因是人工濕地對磷的去除主要靠土壤的物理化學(xué)作用完成，溫度對除磷的影響主要表現(xiàn)在影響土壤的氧化還原電位上，而土壤氧化還原電位變化對TP的去處效果影響

66、相對較小[31]。</p><p>　　3.5 兩種人工濕地對無機(jī)氮的去除效果對比分析</p><p>　　圖3.9：朱家尖垂直流人工濕地水樣總無機(jī)氮變化曲線圖</p><p>　　Fig3.9: TN in water samples of the Vertical-flow content</p><p>　　圖3.10：城北水庫表面流人

67、工濕地水樣總無機(jī)氮變化曲線圖</p><p>　　Fig 3.10: TP in water samples of the Surface-flow content</p><p>　　由圖3.9、圖3.10可以看出，垂直流人工濕地對無機(jī)氮有著較穩(wěn)定的去除率，平均去除率為68.70%；其中對NH4-N的平均去除率為62.21%，對NO3-N-+ NO2-N的去除率為70.09%。表面流人工

68、濕地對無機(jī)氮的去除則有比較大的波動，且平均去除率只有45.25%；其中對NH4-N的平均去除率為39.16%，對NO3-N-+ NO2-N的平均去除率為46.54%。上述結(jié)果表明含無機(jī)氮很高的污水一般不采用表面流人工濕地來處理，垂直流人工濕地正好可以采用。</p><p>　　3.6所測主要水質(zhì)指標(biāo)去除率比較</p><p>　　表3.1 垂直流人工濕地各指標(biāo)的去除率表</p>

69、<p>　　Table 3.1：The removal rate of main water quality indicators of the Vertical-flow content</p><p>　　表3.2 表面流人工濕地各指標(biāo)的去除率表</p><p>　　Table3.2： The removal rate of main water quality indi

70、cators of the Surface-flow content</p><p>　　圖3.11：所測垂直流人工濕地主要水質(zhì)指標(biāo)去除率比較</p><p>　　Fig3.11： The main water quality indicators measured removal rate comparison of the Vertical-flow content</p>

71、<p>　　圖3.12：所測表面流人工濕地主要水質(zhì)指標(biāo)去除率比較</p><p>　　Fig 3.12： The main water quality indicators measured removal rate comparison of the Surface-flow content</p><p>　　從圖3.11、圖3.12可以看出，垂直流人工濕地對生活污水中C

72、OD、TP和無機(jī)氮的去除率都較表面流人工濕地的去除率要高；兩種人工濕地對COD、TP的去除比較穩(wěn)定，對NH4+-N的去除最不穩(wěn)定。分析原因：Peterson等通過研究發(fā)現(xiàn)，對于低氮磷負(fù)荷的人工濕地，在植物生長階段進(jìn)行收割，植物吸收可占人工濕地氮去除總量的30%，而在高氮磷負(fù)荷的濕地處理中，雖然植物吸收量大于低氮磷負(fù)荷時的濕地，但是植物吸收所占比例較低，只有1%-4%左右[39]。因?yàn)檫M(jìn)水的氮磷負(fù)荷比較低，故NH4+-N和NO3-+ NO

73、2-的去除率受植物的影響較大，且NH4+-N在PH大于8的情況下會揮發(fā)，而TP的去除主要靠土壤的物理化學(xué)作用完成，所以，COD、TP的去除率最穩(wěn)定，NO3-+ NO2-次之，NH4+-N最不穩(wěn)定。</p><p>　　4 人工濕地研究發(fā)展</p><p>　　目前，在我國大多數(shù)城市污水處理廠均采用傳統(tǒng)的二級活性污泥法處理工藝。這種工藝工程投資較高，能耗較大，運(yùn)行管理困難。然而由于我國經(jīng)濟(jì)發(fā)

74、展水平的限制，許多地方能源短缺，尤其中小城市和鄉(xiāng)村缺乏具有一定操作管理和技術(shù)水平的人員。同時我國的鄉(xiāng)鎮(zhèn)企業(yè)迅猛發(fā)展，對當(dāng)?shù)卦斐闪藝?yán)重的環(huán)境污染。因此在我國大力開發(fā)具有高效能、簡易運(yùn)行、低能耗的人工濕地污水處理技術(shù)，具有很大意義。人工濕地具有投資低、操作簡單、維護(hù)和運(yùn)行費(fèi)用低廉等優(yōu)點(diǎn)，而且可以增加綠地面積、改善和美化生態(tài)環(huán)境。</p><p>　　人工濕地系統(tǒng)是一個完整的生態(tài)系統(tǒng)，它形成了內(nèi)部良好的循環(huán)，不僅對污水

75、有較好的凈化效果，而且具有較好的生態(tài)效益和經(jīng)濟(jì)效益。垂直流人工濕地總體造價偏高，運(yùn)行過程中需要低額的費(fèi)用，污水處理效果較好；表面流人工濕地造價便宜，運(yùn)行費(fèi)用更加低廉，但污水處理效果稍遜。發(fā)達(dá)國家已被用來處理各種類型的廢水，包括家畜與家禽的糞水、尾礦排出液、工業(yè)污水、農(nóng)業(yè)廢水、垃圾場滲濾液、城市暴雨徑流或生活污水、富營養(yǎng)化湖水等等發(fā)展中國家發(fā)展人工濕地技術(shù)的潛力更是巨大的，在我國該項(xiàng)技術(shù)將會得到越來越廣的應(yīng)用[38]。</p>

76、<p>　　雖然人工濕地得到了廣泛的應(yīng)用，但系統(tǒng)中還存在不少的問題。①不精確的設(shè)計運(yùn)行參數(shù)，生物和水力復(fù)雜性及對重要工藝動力學(xué)理解的缺乏，易受病蟲害影響，缺乏長期運(yùn)行系統(tǒng)的詳細(xì)資料以及基質(zhì)堵塞和水生植物的衰退。②氣候條件的制約對人工濕地有重要影響。在北方地區(qū)的冬季，氣溫則是影響濕地運(yùn)行的最重要因素，往往導(dǎo)致系統(tǒng)的處理效率最低或者為零記錄。③由于我國對濕地的研究起步較晚，數(shù)據(jù)積累較少，設(shè)計工程投入運(yùn)行后往往達(dá)不到預(yù)期效果。因

77、此，無論是對研究者、設(shè)計人員、工程師還是管理人員來說，都很難找到值得參考的相關(guān)經(jīng)驗(yàn)，對他們的研究、設(shè)計、運(yùn)營都造成一定的影響。所以，基質(zhì)堵塞、水生植物衰退以及氣候?qū)λ参锾幚硇Ч挠绊懯怯写鉀Q的關(guān)鍵問題[39]。</p><p>　　總而言之，它無論是在機(jī)理還是在應(yīng)用方面都需要進(jìn)一步研究。因此，在建造人工濕地的同時， 可以選擇一些觀賞性強(qiáng)的植物種植，定期清理系統(tǒng)，這樣就可以集除污、觀賞、娛樂于一體，甚至在有效

78、的規(guī)劃下能夠成為一道獨(dú)特的風(fēng)景線。但是隨著時間的推移，在廣大科研工作者和一切社會力量的共同努力下，這項(xiàng)技術(shù)將會日趨成熟，這項(xiàng)技術(shù)也將更好地造福于人類。</p><p><b>　　5 小結(jié) </b></p><p>　　(1)本次試驗(yàn)所選的具有代表性的兩片人工濕地入水口水樣的硝氮、亞硝氮和氨氮、TP和COD濃度不高，水質(zhì)比較穩(wěn)定，經(jīng)處理后水質(zhì)都有明顯的改善，垂直流人工

79、濕地的對生活污水的處理效果明顯優(yōu)于表面流人工濕地的處理效果。</p><p>　　(2)兩個人工濕地的水溫隨時間呈現(xiàn)出一定變化，在試驗(yàn)期間，水溫從5月開始緩慢升高，到7月達(dá)到高峰，隨后有所下降；同時，人工濕地進(jìn)水口的水樣溫度總是略高于出水口的溫度，說明生活污水流經(jīng)該濕地系統(tǒng)過程中總體是吸熱。</p><p>　　(3) 本次實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明人工濕地處理生活污水效果好，出水COD、TP和氨氮的濃

80、度都達(dá)到生活污水排放標(biāo)準(zhǔn)一級標(biāo)準(zhǔn)且出水水質(zhì)穩(wěn)定。利用人工濕地來處理生活污水，經(jīng)處理后的水中TP、硝氮、亞硝氮和氨氮的濃度與原污水中各濃度有關(guān)。各指標(biāo)在原污水中濃度越高，處理后的水樣中濃度也相應(yīng)較高</p><p>　　(4) 垂直流人工濕地對硝氮、亞硝氮、BOD、COD和TP的去除都比較理想，去除率都超過了70%；表面流人工濕地對硝氮、亞硝氮、BOD、COD和TP的去除率均遜之，這與表面流的植物種植單一、床體透氣

81、不好有關(guān)。</p><p>　　(5) 兩種濕地對生活污水中COD的去除最高且穩(wěn)定，對氨氮的去除最低且波動很大。這跟水體中PH的變化緊密相關(guān)，當(dāng)PH大于8.0時，水體中的NH4-N會以NH4形式揮發(fā)出來。</p><p>　　(6) 垂直流人工濕地和表面流人工濕地系統(tǒng)的運(yùn)行效率都受季節(jié)變化的影響。在夏季，濕地植物生長茂盛，濕地內(nèi)部溫度適宜，微生物代謝活躍，濕地凈化效率最高；在秋冬季，植物枯

82、萎停止生長，微生物代謝活動也隨著氣溫的降低而減慢，濕地系統(tǒng)的運(yùn)用效率也就隨之下降。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1] 白曉慧, 王寶貞, 余敏等. 人工濕地污水處理技術(shù)及其發(fā)展應(yīng)用[J]. 哈爾濱建筑大學(xué)學(xué)報, 1999, 32(6): 88-92.</p><p>　　[2] 宋志文, 王仁卿. 人工濕

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