氧化塘可有效沉降污水中懸浮物，人工濕地能較好去除氮、磷等營養(yǎng)物質(zhì)。改造河邊閑置地與洼塘成氧化塘與人工濕地處理污染河水，是一種較為經(jīng)濟可靠的污染河水處理法。新運糧河是昆明主城區(qū)盤龍江以西主要的排洪和排污并最終注入滇池草海的河流，隨著沿河截污工程的完成，河道水質(zhì)明顯改善，通常處于低污染狀態(tài)(CODCr＜80mg/L)。
為進一步改善景觀環(huán)境和削減入湖污染負荷，開展了氧化塘－浮石床潛流人工濕地復合系統(tǒng)處理城市暖季與寒季低污染河水的研究。該工藝簡化了流程、占地面積較小，以期為我國污染河水處理提供可參考的技術(shù)方法。
一、材料與方法
河水處理 1、試驗裝置
圖1氧化塘－人工濕地工藝流程
塘和濕地的有效容積分別為3m3和1m3，濕地填料為云南天然浮石。氧化塘內(nèi)種植的挺水植物為風車草、蘆葦、黃花美人蕉和菖蒲，濕地種植的植物有風車草和黃花美人蕉，皆為當?shù)厣L的濕地景觀植物。塘內(nèi)水面生長的浮萍，須定期打撈以確保其只覆蓋塘內(nèi)約80%的水面。塘前端掛彈性立體填料以供菌藻共生體附著生長，后端種植挺水景觀植物。
2010年4月下旬到6月下旬、2010年12月下旬到2011年2月底分別進行暖季與寒季系統(tǒng)低污染河水處理的實驗，平均水溫分別為21℃與11℃。系統(tǒng)以連續(xù)進水連續(xù)出水的工況運行。污水由水泵提升至高位水池，通過溢流控制水位，水池出水進入塘前端，塘出水經(jīng)濕地凈化后排入下游河道。設定系統(tǒng)流量分別為35、45、55L/h，此時塘的水力停留時間(HRT)分別為3．5、2．7、2．2d，水力負荷(HLR)分別為0．17、0．22、0．27m3/(m2•d)，濕地的HRT分別為1．2、1．0、0．8d，HLR分別為0．29、0．37、0．45m3/(m2•d)。
系統(tǒng)以河道污水帶入的微生物進行自然馴化并于一個多月后成功啟動并開始實驗。
河水處理 1．2原水水質(zhì)及分析方法
原水采自新運糧河近河口區(qū)域，實驗期間河水水質(zhì):CODCr為35～86mg/L，NH4+-N為5．8～14．6mg/L，TN為8．8～17．9mg/L，TP為0．7～1．7mg/L。監(jiān)測指標主要有CODCr、TN、NH4+-N、NO3--N、TP，均采用常規(guī)標準方法進行分析。
二、結(jié)果與討論
1、暖機低污染河水處理
暖季光照強烈，隨污水入塘的浮萍在塘水面快速生長，過多的浮萍將被定期打撈并灑進附近魚塘喂魚;水藻(水綿)纏繞著彈性填料繁衍并逐漸布滿整個立體填料區(qū)，為生物膜的生長提供了載體，也能更有效地攔截進水中的懸浮顆粒物。塘中的各種挺水植物均生長旺盛，有較多新的分蘗。顯微鏡觀察發(fā)現(xiàn)塘內(nèi)生物相較為復雜，有輪蟲、鐘蟲及小螺等。
塘－濕地系統(tǒng)對暖季低污染河水處理效果見表1。由表1可知，流量為35～55L/h時，系統(tǒng)對除硝氮外的其他污染物的去除率都隨流量的加大而有所降低，而硝氮則相反，這是因為流量加大時，單位時間進入系統(tǒng)的有機物就增加了，有利于緩解反硝化時所需的系統(tǒng)碳源不足的狀況。塘和濕地對污染物的去除大體上也遵循該規(guī)律。3種流量下經(jīng)塘處理后，硝氮則平均都增加了兩倍多，體現(xiàn)了較好的硝化作用，而濕地則均有近60%的去除率，體現(xiàn)了反硝化作用。整個系統(tǒng)在這3種流量下出水硝氮平均分別比進水增加了26%～51%，說明系統(tǒng)有較強硝化作用，而反硝化作用偏弱些。
3種流量下的濕地出水的CODCr、TP、氨氮、TN均達到了《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標準》(GB18918－2002)的一級A標準。3種流量下的濕地出水的CODCr、氨氮均符合《地表水環(huán)境質(zhì)量標準》(GB3838－2002)中的Ⅲ類標準。濕地出水的TP在35L/h和45L/h這兩種流量下都能達到Ⅱ類標準，而當流量加大到55L/h時出水中TP卻只能達到Ⅲ類標準。因此，考慮到要兼顧提高出水水質(zhì)和加大污水處理量這兩方面，最終確定較優(yōu)的系統(tǒng)污水處理量為45L/h，即塘與濕地的水力負荷分別為0．22、0．37m3/(m2•d)時系統(tǒng)具有較高的處理效率。
2、寒季低污染河水處理
寒季光照亦較充足，但因氣溫較低，塘中浮萍生長速率明顯放緩，整個寒季僅打撈過一次浮萍。塘中水綿、美人蕉和蘆葦以及濕地中美人蕉和風車草仍能保持長青但生長緩慢至近乎停滯，而塘中菖蒲和風車草卻出現(xiàn)枝葉逐漸枯死現(xiàn)象，第二年3月開始，塘中菖蒲從地下莖冒出新芽，而風車草沒能長起來，表明風車草不宜種植在寒季保溫性能較差的氧化塘中。
塘－濕地系統(tǒng)對寒季低污染河水的處理效果見表2。由表2可知，流量為35～55L/h時，寒季系統(tǒng)和暖季的規(guī)律一致，即對除硝氮外的其他污染物的去除率都隨流量的加大而有所降低，而硝氮則相反。塘和濕地對污染物的去除亦同樣大體上遵循該規(guī)律。與暖季時類似，寒季在3種流量下塘同樣具有較好的硝化作用，濕地也同樣體現(xiàn)了一定的反硝化作用，而整個系統(tǒng)也是硝化作用明顯強于反硝化作用。
3種流量下濕地出水CODCr、TP、氨氮、TN均達一級A排放標準。濕地出水TP在35L/h和45L/h這兩種流量下都能達到Ⅱ類地表水標準。當流量為35L/h時濕地出水的CODCr和氨氮都能分別達到Ⅲ類與Ⅴ類標準，而當流量加大到45L/h時出水中TP卻只能達到Ⅳ類，而氨氮則屬劣Ⅴ類了。因此，較優(yōu)的系統(tǒng)污水處理量為35L/h，即塘與濕地的水力負荷分別為0．17、0．29m3/(m2•d)時系統(tǒng)具有較優(yōu)的處理效果。
表1復合系統(tǒng)寒季低污染河水處理的運行效果L/h，mg/L，%
表2復合系統(tǒng)處理暖季低污染河水的運行效果L/h，mg/L，%
3、暖寒季低污染河水處理效果比較
暖季與寒季低污染河水水質(zhì)較接近，但在系統(tǒng)中其污染物去除過程和去除效率存在一定差異。比較表1與表2可知，低溫下各污染物去除率較暖季時均有不同程度下降，其中TP的去除受氣溫影響最小，系統(tǒng)去除率平均下降了4%，其次是COD，系統(tǒng)去除率平均下降了11%，受影響最大的是各態(tài)氮的去除，系統(tǒng)對氨氮與總氮去除率均下降了約17%，而硝氮增幅則小于暖季。暖季與寒季系統(tǒng)對磷的去除無明顯差異，說明系統(tǒng)對磷的去除主要靠濕地填料的吸附實現(xiàn)。雖低溫下微生物尤其是硝化菌和反硝化菌的活性均會受到一定抑制，但系統(tǒng)仍具一定的硝化和反硝化作用，出水仍能穩(wěn)定達到一級A排放標準，這主要是因為當?shù)毓庹粘渥悖瑵摿鳚竦赜志咭欢ū匦阅�，從而維持了微生物部分活性。潛流濕地在暖寒季均具有較好硝化與反硝化脫氮能力，說明在植物根區(qū)均形成了較好的好氧厭氧交替環(huán)境。
暖季塘中快速生長的水藻和浮萍除自身能同化部分污染物，還是微生物附著生長的載體。浮萍因能遮蔽大部塘面而對反硝化反應有一定促進作用。寒季系統(tǒng)中植物生長明顯放緩，塘中菖蒲和風車草還出現(xiàn)枯死現(xiàn)象，從而一定程度上削弱了系統(tǒng)凈化能力。具體參見http://www.northcarolinalenders.com更多相關(guān)技術(shù)文檔。
4、污染物去除速率常數(shù)
該連續(xù)進出水氧化塘－人工濕地系統(tǒng)內(nèi)污水呈推流式流動，其對污水中CODCr、TP、NH4+-N與TN的去除速率常數(shù)K可由一級反應動力學方程(1)得到:Cout=Cine-KA/Q(1)
式中:Cin與Cout分別為進水和出水污染物濃度，mg/L;A為系統(tǒng)表面積，m2;Q為日流量，m3/d;K為去除速率常數(shù)，m/d。塘與濕地較優(yōu)的水力負荷在暖季時分別為0．22、0．37m3/(m2•d)，寒季時分別為0．17、0．29m3/(m2•d)。在這一較優(yōu)水力負荷條件下，塘－濕地復合系統(tǒng)對CODCr、TP、NH4+-N和TN的去除速率常數(shù)K見表3。
表3對低污染河水中污染物的去除速率常數(shù)m/d
注:塘與濕地水力負荷暖季時分別為0．22、0．37m/d，寒季時為0．17、0．29m/d。
由表3可知，盡管寒季較優(yōu)的水力負荷較暖季的低，但系統(tǒng)在寒季對低污染河水的污染物的去除速率仍明顯低于暖季，可見氣溫對系統(tǒng)去除污染物速率有顯著影響。暖季時植物生長較為旺盛，微生物活性較高，有利于系統(tǒng)對污染物的去除。
三、結(jié)語
通過對低污染河水處理，表明氧化塘－水平潛流人工濕地復合系統(tǒng)能通過小幅調(diào)節(jié)流量來有效凈化暖季與寒季低污染河水。塘與濕地的水力負荷分別為0．22、0．37m3/(m2•d)時系統(tǒng)對暖季低污染河水具有較高的處理效率，對河水中各污染物的平均去除率分別為CODCr75%、TP93%、TN64%、NH4+-N87%。塘與濕地的水力負荷分別為0．17、0．29m3/(m2•d)時系統(tǒng)對寒季低污染河水具有較優(yōu)的處理效果:對各污染物的平均去除率分別為CODCr72%、TP89%、TN53%、NH4+-N73%。處理暖季與寒季低污染河水的系統(tǒng)出水均達《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標準》(GB18918－2002)的一級A標準，可作為一般回用水使用。系統(tǒng)在寒季對低污染河水處理中污染物的去除速率明顯低于暖季。
