采用人工濕地處理星云湖富營養(yǎng)化水(1000m/d)，共篩選出60多種植物，并將水力負(fù)荷提高到lm/(m·d)。連續(xù)32個(gè)月的運(yùn)行結(jié)果表明，高水力負(fù)荷人工濕地對(duì)非離子氨、葉綠素a和藍(lán)藻的平均去除率分別達(dá)到90%以上，對(duì)TP的去除率達(dá)到68.83%，對(duì)BOD、NH一N、TN也有很好的去除效果，可將地表IV類水質(zhì)處理為II類水質(zhì)。此外，還分析了不同進(jìn)水pH值、DO值、季節(jié)變化和不同運(yùn)行時(shí)期對(duì)各類污染物的去除規(guī)律。

星云湖位于云南省玉溪市境內(nèi)，是撫仙湖的上游湖，湖容為1.83×10。m，屬IV類水體。為了防止富營養(yǎng)化的湖水對(duì)撫仙湖造成污染，玉溪市決定將星云湖出流進(jìn)行改道，并經(jīng)處理達(dá)到II類水質(zhì)后流入玉溪市東風(fēng)水庫。對(duì)于出水流量達(dá)20×10m/d的星云湖，采用常規(guī)的二級(jí)處理工藝投資大、運(yùn)行費(fèi)用高。人工濕地碎石床處理微污染水雖投資少、運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用低、管理簡(jiǎn)單、效果好，但水力負(fù)荷只有0.2～0.4m/(m·d)。因出流改造工程占地只有20hm，故需要采用水力負(fù)荷>/0.8～1.0m/(m·d)且凈化效果好的人工濕地處理工藝。

1運(yùn)行條件與方法

①平均進(jìn)水水質(zhì)

2001年9月—2004年5月人工濕地的平均進(jìn)水水質(zhì)：BOD5為3.1mg/L，CODM為5.1mg/L，TP為0.077mg/L，TN為1.104mg/L，藍(lán)藻為273.09X10個(gè)/L，葉綠素a為32.95mg/m3，非離子氨為0.060mg/L。

②工藝流程

人工濕地系統(tǒng)的工藝流程為：星云湖富營養(yǎng)化水一一級(jí)水生物塘一一級(jí)植物碎石床一二級(jí)水生物塘一二級(jí)植物碎石床一植物滲濾床一出水。主要床體尺寸(長X寬X深)：一級(jí)水生物塘為13mx10.8m×1.7m，一級(jí)植物碎石床為13mx22.3mx1.2m，二級(jí)水生物塘為13mx9.2mx2.0m，二級(jí)植物碎石床為13mx23.8mx0.8m，植物滲濾床為13mx10.8m×1.2m。進(jìn)水量為1000m/d，水力負(fù)荷為1m/(m·d)。

③監(jiān)測(cè)方法

由玉溪市環(huán)境監(jiān)測(cè)站隨機(jī)采樣，監(jiān)測(cè)頻率為1次/月。溫度：溫度計(jì)；pH：玻璃電極法；DO：碘量法；COD：酸性高錳酸鉀法；BOD：稀釋培養(yǎng)法；NH一N：納氏試劑分光光度法；No3一N：離子色譜法：NO；一N：離子色譜法；TN：堿性過硫酸鉀分光光度法；11P：鉬蘭比色法；葉綠素a：分光光度法。

2結(jié)果與討論

2.1水質(zhì)凈化效果

經(jīng)過連續(xù)32個(gè)月的運(yùn)行和監(jiān)測(cè)，人工濕地對(duì)各項(xiàng)水質(zhì)指標(biāo)的凈化效果見表1。星云湖水的COD和BOD較低，人工濕地對(duì)BOD有很好的處理效果，出水COD、BOD均達(dá)到飲用水源II類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。由于系統(tǒng)水力負(fù)荷高達(dá)1Hi/(Hi·d)，水力停留時(shí)間只有19.89h，整個(gè)人工濕地DO為2～3mg/L，厭氧區(qū)很小，同時(shí)系統(tǒng)中pH值為8.1—9.2，不利于反硝化，而且進(jìn)水BOD只有3mg/L左右，BOD5/TKN為2.8左右(5～8)，碳源不足，反硝化受到限制，因此對(duì)TN的去除率也受到限制。系統(tǒng)對(duì)非離子氨和NH3一N均有較好的去除效果，出水NH3一N遠(yuǎn)優(yōu)于《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB3838--2002)II類標(biāo)準(zhǔn)(0.5mg/L)。

人工濕地對(duì)11P有明顯的去除作用，處理出水TP為0.024mg/L，符合GB3838--2002II類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)中湖、庫TP≤0.025mg/L的限值要求。一般水或廢水中存在各種形式的磷，但主要是正磷酸鹽。在好氧和厭氧條件下，聚磷菌能將有機(jī)磷化合物轉(zhuǎn)化為簡(jiǎn)單的磷化合物，同時(shí)也能吸收磷以維持生長和繁殖，從而截留進(jìn)入濕地的一部分磷。磷酸鹽是植物生長必不可少的營養(yǎng)物質(zhì)，人工濕地中生長的60多種水生植物能有效吸收水中的磷，同時(shí)人工濕地的基質(zhì)也能吸附部分磷，因而大大降低了人工濕地的出水磷濃度。

人工濕地對(duì)藍(lán)藻和葉綠素a有極好的去除效果，處理出水中的藍(lán)藻濃度和葉綠素a濃度遠(yuǎn)低于玉溪市對(duì)藻類、葉綠素a的要求。系統(tǒng)連續(xù)運(yùn)行期間除藻效果良好，且沒有出現(xiàn)堵塞和短流現(xiàn)象，主要由于合理設(shè)置了具有除藻功能的水生生物塘。

2.2影響凈化效果的因素

2.2.1季節(jié)性

系統(tǒng)運(yùn)行期間，氣溫為8—23℃時(shí)濕地植物能正常生長，冬季有3～4次輕微霜凍，部分濕地植物出現(xiàn)凍害。

①對(duì)BOD、COD凈化效果的影響

結(jié)果表明，季節(jié)對(duì)人工濕地去除BOD有一定的影響，對(duì)BOD的去除率從大到小依次為秋季>春季>夏季>冬季；對(duì)COD的去除率從大到小依次為夏季>春季>秋季>冬季。

②對(duì)NH一N、非離子氨和TN凈化效果的影響

結(jié)果表明，在運(yùn)行期間季節(jié)變化對(duì)人工濕地凈化NH一N、非離子氨的效果影響不大。各季節(jié)NH一N的去除率均達(dá)到54%以上，夏季達(dá)57.22%；對(duì)非離子氨的去除率則夏季最高、秋季最
低，春、冬兩季均達(dá)到92%以上；而濕地在秋季去除TN效果最佳，其余季節(jié)對(duì)TN的去除效果差別不大。

③對(duì)TP、葉綠素a和藍(lán)藻凈化效果的影響

運(yùn)行期間，季節(jié)變化對(duì)TP的去除有一定的影響，春秋兩季對(duì)TP去除率最佳；不同季節(jié)人工濕地對(duì)葉綠素a、藍(lán)藻都有很好的去除效果。

2.2.2pH值

在運(yùn)行期間，人工濕地進(jìn)水pH值最低為8.14，最高為9.20。對(duì)運(yùn)行期間pH>8.80或pH<8.40的數(shù)據(jù)分兩組進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。

①對(duì)BOD和COD去除效果的影響

進(jìn)水pH值為7.0～8.0時(shí)對(duì)BOD均有較好的去除效果(去除率>63%)；當(dāng)pH>8.8時(shí)對(duì)BOD的去除率只有53.89%；而pH值的變化對(duì)COD的去除影響不大。

②對(duì)NH一N、非離子氨和TN去除效果的影響

由于硝化細(xì)菌的最適生長pH值為8.0～8.4，當(dāng)進(jìn)水pH值超出此范圍，硝化細(xì)菌的正常代謝活動(dòng)則會(huì)受影響，因此也影響對(duì)NH，一N的去除；在進(jìn)水pH值波動(dòng)時(shí)，人工濕地仍對(duì)非離子氨表現(xiàn)出較強(qiáng)的去除能力，而進(jìn)水pH值高對(duì)非離子氨的去除率比進(jìn)水pH值低的略高；進(jìn)水pH值高對(duì)TN的去除率較低，而進(jìn)水pH值較低對(duì)TN的去除率比pH值高的提高了27.83%。

③對(duì)TP、葉綠素a、藍(lán)藻凈化效果的影響運(yùn)行表明，低pH值時(shí)對(duì)TP的去除率比高pH值時(shí)的約高11.49%。

pH值的高低不影響對(duì)葉綠素a的去除，去除率都在98%左右；進(jìn)水pH值高時(shí)(水中藍(lán)藻的數(shù)量大約是進(jìn)水pH值低時(shí)的2.13倍)，人工濕地仍表現(xiàn)出極好的除藻效果(去除率達(dá)99.93%)。

2.2.3DO

人工濕地系統(tǒng)運(yùn)行期間，進(jìn)水DO為0.8～9.58mg/L，高DO(>6mg/L)與低DO(<3mg/L)濃度對(duì)各種污染物去除效果的影響見表2。

由于除氮的限制因素在于反硝化，人工濕地系統(tǒng)中大部分處于好氧狀態(tài)，不利于反硝化反應(yīng)的進(jìn)行；另外由于星云湖水的BOD值較低，碳源不充足，也不利于反硝化的進(jìn)行。在運(yùn)行過程中，有幾個(gè)月的DO<3mg/L，有利于厭氧反硝化，所以此時(shí)對(duì)TN的去除率明顯提高。水中某些細(xì)菌具有厭氧釋磷、好氧吸磷的功能，在進(jìn)水DO值低時(shí)人工濕地處理系統(tǒng)更容易具備好氧與厭氧(缺氧)交替的環(huán)境條件，因而比進(jìn)水DO值高的具有更好的除11P效果。不管進(jìn)水DO值是多少，對(duì)葉綠素a和藍(lán)藻的去除率均在98%以上。

2.3運(yùn)行初期與一年后去除效果的比較

①DO的變化

運(yùn)行初期，湖水經(jīng)過人工濕地處理后DO值下降了15.9%，而一年后下降了36.4%。DO值下降的原因可能是植物長高、長密后，各部位出水(跌水、復(fù)氧)受到影響所致。系統(tǒng)運(yùn)行初期與一年后DO值變化見表3。

②各種污染物的變化

人工濕地在運(yùn)行初期與運(yùn)行一年后對(duì)污染物的去除效果見表4。

表4不同運(yùn)行期間人工濕地對(duì)污染物的去除效果

對(duì)NH一N去除率在運(yùn)行初期較運(yùn)行一年后高的原因，可能是由于初期進(jìn)水DO含量高，NH一N更容易通過硝化反應(yīng)得以去除。整個(gè)運(yùn)行期間對(duì)非離子氨的去除效果較好且穩(wěn)定。在不同運(yùn)行階段人工濕地對(duì)TN的去除有很大的變化，由于運(yùn)行初期植物未能正常生長，TN的去除效果不明顯，甚至出現(xiàn)波動(dòng)。經(jīng)過一年植物生長正常后，對(duì)TN去除率達(dá)到了65.08%，說明影響高水力負(fù)荷人工濕地對(duì)TN去除的主要因素之一是植物的吸收。

經(jīng)過一年的運(yùn)行后，人工濕地植物生長較運(yùn)行初期好，生物量也增大很多，因此對(duì)磷酸鹽的需求和吸收也相應(yīng)增多，因而對(duì)TP的去除效果也較初期明顯。運(yùn)行一年后，對(duì)藍(lán)藻的去除率達(dá)到了100%。

3結(jié)論

①采用人工濕地處理星云湖富營養(yǎng)化水的水力負(fù)荷達(dá)到1m3/(m2·d)，為目前國內(nèi)外常規(guī)人工濕地水力負(fù)荷[0.2～0.4m3/(m2·d)]的2.5～5倍，比一般人工濕地占地減少了60%。

②在高水力負(fù)荷條件下，人工濕地可將IV類水質(zhì)處理達(dá)到II類水標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)藍(lán)藻、葉綠素a、非離子氨的平均去除率達(dá)到90%以上，對(duì)總磷、氨氮、總氮、BOD的平均去除率分別達(dá)68.83%、54.13%、50.00%、61.29%，而對(duì)COD的去除率較低(僅為35.29%)。

③系統(tǒng)連續(xù)運(yùn)行了32個(gè)月，經(jīng)歷了四季、進(jìn)水pH值和DO值的變化。冬季的平均水溫和氣溫較低，對(duì)污染物的去除率相對(duì)較低；進(jìn)水pH值呈中性偏堿對(duì)非離子氨的凈化效果較好，而pH值低對(duì)BOD、TN、NH一N、TP的凈化效果較好。

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