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生态环境2008173:923-925http://___.jeesci.comEcologyandEnviro__entE-__il:editor@jeesci.com924生态环境第17卷第3期(2008年5月)杨旭等表流湿地土壤因素对微污染水净化作用925表流湿地土壤因素对微污染水净化作用杨旭,于水利*,修春海,张洪洋,严晓菊,王冬光哈尔滨工业大学市政环境工程学院,黑龙江哈尔滨150090摘要为了研究人工湿地土壤在处理微污染原水的作用,在济南玉清湖水库建立土壤空白床进行实验研究结果表明,在排除了植物因子的前提下,人工湿地的土壤-微生物系统对微污染原水中COD平均去除率达到
46.67%、对TN的平均去除率为
34.86%、对NH4+-N的平均去除率分别达到
39.
83、对TP的平均去除率达到
45.12%系统不同单位区段对微污染原水中的COD、TN、NH4+-N、TP去除率存在差异,在第一个单位区段的处理效率最高,分别为
21.5%、
18.32%、
19.85%和
16.64%,远大于第
二、
三、四区段另外,土壤吸收附磷的过程中存在着积累现象而且,系统处理效率受温度影响显著,随着温度的降低,污染物去除率也下降关键词土壤-微生物系统;微污染原水;净化效率中图分类号TU
991.2文献标识码A文章编号1672-2175
(2008)03-0923-03济南市饮用水大部分以黄河水为水源由于近年来黄河流域工农业发展迅速,排污量大,导致黄河水质不断恶化,黄河水作为饮用水源的水质状况____济南市自来水厂现有工艺难以去除微污染原水中的COD,TN、TP等污染物,为此需要对原水进行预处理人工湿地作为一种低成本、低能耗、低技术要求的水处理方法,近年来,其应用的领域不断拓宽,已成功地用于生活污水
[1]
[2]、工业废水
[3]
[4]、城市暴雨径流
[5]
[6]、农业废水的处理与管理
[7]
[8]和湖泊污染防治[9-11],故拟采用该方法进行原水预处理目前在人工湿地系统的机理性研究往往偏于生物因子在污水处理过程中的作用,而对非生物因子,特别是作为湿地系统中植物和微生物生长依托的土壤研究相对较少
[12],为了探索湿地土壤因素对微污染水净化作用,在济南市玉清湖水库二号泵站院内,建立了湿地土壤-微生物系统,进行了试验研究1材料和方法
1.1表流湿地土壤-微生物系统构造该湿地净尺寸为16m×
5.5m×
0.8m,平均水深
0.20m,沿水流方向选取4m、8m、12m、16m处为取样点湿地床体底面以混凝土浇注,周边砖砌砂浆抹面布水、出水均采用三角堰,用以均匀布水布水和出水各设置一个集水池系统内土壤于五月下旬从当地生长野生芦苇的土壤挖取添入
1.2系统运行情况系统于2006年5月末开始运行,7月进入稳定期,8月3日开始进行检测,12月8日结束其间经历了夏、秋、冬三个季节,室外气温由高逐渐转低,处理效果由好到差运行期间,表流湿地系统始终按设计负荷
2.70m/d运行,水力停留时间6d.
1.3检测方法试验所用的进水样取自湿地进集水池,出水样取自各个出水口,每次取样都在上午9点,取样测试频率为6~8次/月水温温度计;pH玻璃电极法;COD快速法;TN碱性过硫酸钾消解分光光度法;TP钼酸盐分光光度法;NH4+-N纳氏试剂分光光度法;NO2--N重氮化偶合分光光度法;NO3--N紫外分光光度法土壤中总氮、总磷含量测定采用标准开氏法和高氯酸消化法测定
[13]2结果与讨论
2.1总的处理效果如表1所示在6个多月的运行监测期间,系统对水中的COD、TP平均去除率在45%以上,对TN、NH4+-N、NO3--N的平均去除率接近40%,TN的平均去除率接近35%根据地表水环境质量标准GB3838—2002,通过系统净化作用,水中COD由Ⅳ类变为Ⅱ类,TP由Ⅲ类变为Ⅱ类,TN由远高于Ⅴ类变为接近Ⅴ类,NH4+-N由Ⅲ类变为Ⅱ类
2.2不同单位区段的处理效果为了更好说明系统中各区段对污染物的去除效果,计算了各区段平均处理效率,如图1—4所示在图1—4中,横坐标
1、
2、
3、4表示第
一、
二、
三、四的4m段TP区间平均去除率分别为
16.64%、
15.5%、
7.41%、
5.57%,COD的区间平均去除率分别为
21.5%、
11.2%、
9.5%、
4.47%,TN的区间平均去除率分别为
18.32%、
7.5%、
5.3%、
3.74%,NH4+-N区间平均去除率分别为
19.85%、
8.7%、
6.8%、
4.48%通过图1—4可以看出污染物去除作用主要发生在系统前半部分表1系统出入水主要特征及总去除率Table1Thecharacteristicofinflowandoutflowandtheremovalrateofnutrition项目ρ进水/mg·L-1ρ出水/mg·L-1去除率/%最小值.最大值平均值±标准差最小值.最大值平均值±标准差COD
10.
9044.
3023.80±
9.
575.
5618.
6111.90±
3.
2446.67TP
0.
00470.
42020.1006±
0.
12870.
00260.
21850.0530±
0.
065645.12TN
1.
474.
613.26±
0.
880.
853.
202.14±
0.
6934.86NH4+-N
0.
03701.
17000.5136±
0.
26830.
01780.
79560.3260±
0.
203139.83NO3--N
0.
033.
962.99±
0.
810.
022.
341.83±
0.
5339.36NO2--N
0.
01400.
98000.0722±
0.
19410.
00920.
70560.0476±
0.
140539.
172.3不同实验阶段土壤的TN、TP含量变化Chart
216.
6415.
57.
415.57Sheet1TP日期进水出水去除量去除率
38944.
00.
2820.
121260.
160745738954.
00.
0140.
006580.
007425338980.
00.
0260.
01170.
01435538983.
00.
0410.
02050.
02055038986.
00.
0140.
006580.
007425338991.
00.
0890.
045390.
043614938997.
00.
0350.
017150.
017855139006.
00.
42020.
2185040.
2016964839009.
00.
070.
03570.
03434939013.
00.
350.
18550.
16454739019.
00.
00470.
0026320.
0020684439024.
00.
18080.
1048640.
0759364239038.
00.
0350.
0210.
0144039045.
00.
0380.
023180.
014823939049.
00.
0250.
016750.
008253339053.
00.
0110.
007590.
003413139059.
00.
0750.
05550.
0195260.
10062941180.
052963529445.1176470588日期进水Sheet2TP日期进水出水进水去除浓度去除率
38944.
00.
2820.
121260.
2820.
160745738954.
00.
0140.
006580.
0140.
007425338980.
00.
0260.
01170.
0260.
01435538983.
00.
0410.
02050.
0410.
02055038986.
00.
0140.
006580.
0140.
007425338991.
00.
0890.
045390.
0890.
043614938997.
00.
0350.
017150.
0350.
017855139006.
00.
42020.
2185040.
42020.
2016964839009.
00.
070.
03570.
070.
03434939013.
00.
350.
18550.
350.
16454739019.
00.
00470.
0026320.
00470.
0020684439024.
00.
18080.
1048640.
18080.
0759364239038.
00.
0350.
0210.
0350.
0144039045.
00.
0380.
023180.
0380.
014823939049.
00.
0250.
016750.
0250.
008253339053.
00.
0110.
007590.
0110.
003413139059.
00.
0750.
05550.
0750.
0195260.
10062941180.
052963529445.1176470588Sheet3TP不同区段去除率的变化去除率
416.
64815.
5127.
41165.
5745.120图1TP各区段平均去除率Fig.1The__erageRemovalrateofTPindifferentunitsChart
221.
511.
29.
54.47Sheet1cod日期进水出水差值去除率
38932.
028.
58.
83519.
6656938937.
039.
814.
32825.
4726438941.
035.
513.
4922.
016238944.
044.
318.
60625.
6945838954.
038.
615.
82622.
7745938977.
033.
514.
40519.
0955738980.
031.
815.
26416.
5365238983.
025.
611.
77613.
8245438986.
025.
712.
59313.
1075138988.
024.
912.
94811.
9524838991.
021.
310.
22411.
0765238997.
012.
16.
4135.
6874739002.
022.
512.
1510.
354639006.
027.
815.
84611.
9544339009.
010.
95.
5595.
3414939013.
016.
68.
9647.
6364639019.
013.
67.
6165.
9844439024.
022.
913.
5119.
3894139031.
015.
29.
4245.
7763839038.
014.
79.
7024.
9983439045.
018.
211.
836.
373539049.
01915.
013.
992139053.
012.
99.
5463.
3542639059.
015.
411.
7043.
6962423.
804166666711.
8987546.6666666667日期进水Sheet2cod日期进水出水进水去除量去除率
38932.
028.
58.
83528.
519.
6656938937.
039.
814.
32839.
825.
4726438941.
035.
513.
4935.
522.
016238944.
044.
318.
60644.
325.
6945838954.
038.
615.
82638.
622.
7745938977.
033.
514.
40533.
519.
0955738980.
031.
815.
26431.
816.
5365238983.
025.
611.
77625.
613.
8245438986.
025.
712.
59325.
713.
1075138988.
024.
912.
94824.
911.
9524838991.
021.
310.
22421.
311.
0765238997.
012.
16.
41312.
15.
6874739002.
022.
512.
1522.
510.
354639006.
027.
815.
84627.
811.
9544339009.
010.
95.
55910.
95.
3414939013.
016.
68.
96416.
67.
6364639019.
013.
67.
61613.
65.
9844439024.
022.
913.
51122.
99.
3894139031.
015.
29.
42415.
25.
7763839038.
014.
79.
70214.
74.
9983439045.
018.
211.
8318.
26.
373539049.
01915.
01193.
992139053.
012.
99.
54612.
93.
3542639059.
015.
411.
70415.
43.
6962423.
804166666711.
8987546.6666666667Sheet3COD不同区段去除率的变化
48121621.
511.
29.
54.47去除率
421.
5811.
2129.
5164.47图2COD各区段平均去除率Fig.2The__erageRemovalrateofCODindifferentunitsChart
119.
858.
76.
84.48Sheet1NH-N日期进水出水去除量去除率
38932.
00.
280.
13720.
14285138937.
00.
3980.
187060.
210945338941.
00.
0370.
017760.
019245238944.
00.
0390.
018330.
020675338954.
00.
460.
2070.
2535538977.
00.
540.
27540.
26464938980.
00.
470.
24910.
22094738983.
00.
310.
17670.
13334338986.
00.
420.
22680.
19324638988.
00.
50.
2950.
2054138991.
00.
230.
1380.
0924038997.
00.
5290.
322690.
206313939002.
00.
3350.
197650.
137354139006.
00.
61420.
3808040.
2333963839009.
00.
7510.
473130.
277873739013.
00.
44330.
2970110.
1462893339019.
00.
36920.
2362880.
1329123639024.
00.
91050.
619140.
291363239031.
00.
480.
31680.
16323439038.
01.
170.
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00.
590.
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17112939049.
00.
810.
59130.
21872739053.
00.
780.
60060.
17942339059.
00.
860.
6450.
215250.
51359166670.
325969291739.8333333333日期进水Sheet2NH-N日期进水出水进水去除量去除率
38932.
00.
280.
13720.
280.
14285138937.
00.
3980.
187060.
3980.
210945338941.
00.
0370.
017760.
0370.
019245238944.
00.
0390.
018330.
0390.
020675338954.
00.
460.
2070.
460.
2535538977.
00.
540.
27540.
540.
26464938980.
00.
470.
24910.
470.
22094738983.
00.
310.
17670.
310.
13334338986.
00.
420.
22680.
420.
19324638988.
00.
50.
2950.
50.
2054138991.
00.
230.
1380.
230.
0924038997.
00.
5290.
322690.
5290.
206313939002.
00.
3350.
197650.
3350.
137354139006.
00.
61420.
3808040.
61420.
2333963839009.
00.
7510.
473130.
7510.
277873739013.
00.
44330.
2970110.
44330.
1462893339019.
00.
36920.
2362880.
36920.
1329123639024.
00.
91050.
619140.
91050.
291363239031.
00.
480.
31680.
480.
16323439038.
01.
170.
79561.
170.
37443239045.
00.
590.
41890.
590.
17112939049.
00.
810.
59130.
810.
21872739053.
00.
780.
60060.
780.
17942339059.
00.
860.
6450.
860.
215250.
51359166670.
32596929170.
513591666739.8333333333日期进水Sheet3NH不同区段去除率的变化
48121619.
858.
76.
84.48去除率
419.
8588.
7126.
8164.48图3NH4+-N各区段平均去除率Fig.3The__erageRemovalrateofNH4+-NindifferentunitsChart
218.
327.
55.
33.74Sheet1TN日期进水出水去除量去除率
38932.
03.
041.
55041.
48964938941.
02.
6381.
398141.
239864738944.
02.
790721.
42326721.
36745284938954.
01.
730.
84770.
88235138980.
02.
661.
51621.
14384338983.
02.
861.
68741.
17264138986.
03.
462.
0761.
3844038988.
04.
612.
90431.
70573738991.
03.
992.
67331.
31673338997.
04.
0162.
61041.
40563539006.
04.
52612.
9872261.
5388743439009.
03.
6432.
477241.
165763239013.
04.
51373.
2047271.
3089732939019.
04.
05352.
7969151.
2565853139024.
01.
46641.
0411440.
4252562939031.
03.
672.
67910.
99092739038.
03.
22.
2720.
9282939045.
03.
082.
27920.
80082639049.
02.
922.
21920.
70082439053.
02.
051.
53750.
51252539059.
03.
492.
75710.
7329213.
25749619052.
139926628634.8571428571日期进水Sheet2TN日期进水出水进水去除量去除率
38932.
03.
041.
55043.
041.
48964938941.
02.
6381.
398142.
6381.
239864738944.
02.
790721.
42326722.
790721.
36745284938954.
01.
730.
84771.
730.
88235138980.
02.
661.
51622.
661.
14384338983.
02.
861.
68742.
861.
17264138986.
03.
462.
0763.
461.
3844038988.
04.
612.
90434.
611.
70573738991.
03.
992.
67333.
991.
31673338997.
04.
0162.
61044.
0161.
40563539006.
04.
52612.
9872264.
52611.
5388743439009.
03.
6432.
477243.
6431.
165763239013.
04.
51373.
2047274.
51371.
3089732939019.
04.
05352.
7969154.
05351.
2565853139024.
01.
46641.
0411441.
46640.
4252562939031.
03.
672.
67913.
670.
99092739038.
03.
22.
2723.
20.
9282939045.
03.
082.
27923.
080.
80082639049.
02.
922.
21922.
920.
70082439053.
02.
051.
53752.
050.
51252539059.
03.
492.
75713.
490.
7329213.
25749619052.
139926628634.8571428571日期进水Sheet3去除率
418.
3287.
5125.
3163.74图4TN各区段平均去除率Fig.4The__erageRemovalrateofTNindifferentunits在实验初期、中期和末期,分别又对系统中不同区段土壤的TN、TP进行测定
[14],其结果如表
2、表3由表
2、表3可以看出,土壤中总氮含量各区段的增加是同步的通过鉴定表明存在大量的硝化细菌和反硝化细菌,这有利于氮的去除在起始区段,土壤总磷含量从实验早期到中期增加明显,到末期则无明显的增加而其后的第二区段、第三区段和第四区段的总磷含量在实验后期的增加明显这表明土壤对总磷的吸附有一定的饱和度土壤中的总磷含量从起始区段到第四区段依次增加,起始区段首先达到饱和表3土壤的TP含量的变化Table3TPcon__ntrationofsoil%实验阶段取样位置4m8m12m16m实验早期
0.
0460.
0450.
0480.047实验中期
0.
1210.
870.
0640.56实验末期
0.
1350.
1190.
0930.074表2土壤的TN含量的变化Table2TNcon__ntrationofsoil%实验阶段取样位置4m8m12m16m实验早期
0.
0710.
0720.
0690.071实验中期
0.
1210.
1130.
1080.095实验末期
0.
1520.
1350.
1280.
1182.4温度对去除效果影响土壤-微生物系统中微生物作用很重要,而任何一种微生物都有一个最适生长温度,在一定的温度范围内,随着温度的上升,该微生物生长速率加快,其相应对污染物的去除速率也加快温度影响有机污染物生物降解的原因除了改变微生物的代谢速率外,还能影响有机物的溶解度,所以在实际处理中,控制微生物的最适生长温度才能更好地提高其修复效能系统整个运行期间,水温在0~32℃之间变化,由图5可见系统对水中污染物去除作用受温度影响显著,随着温度的降低,污染物去除率也下降Chart124252026262321314132263238342429443629264633273134322534433831394937293346412940473932425240344454433748524740516252495559554353695149575749414951463349484135475853515064534753Sheet1温度codNH-NTNTP
38932.
027.
96951495738937.
034.
26453475338941.
0266252495538944.
032.
55853515038954.
027.
85955435338977.
0285749414938980.
025.
65247405138983.
024.
85443374838986.
029.
15146334938988.
031.
94841354738991.
023.
55240344438997.
0204739324239002.
0194641294039006.
015.
84338313939009.
015.
94937293339013.
0154633273139019.
013.
14436292639024.
012.
44132263239031.
0133834242939038.
0153432253439053.
08.
12623213139059.
00.324252026Sheet2CODNH4+-NTNTPabcd
39059.
00.
32425202639053.
08.
12623213139024.
012.
44132263239031.
0133834242939019.
013.
14436292639013.
0154633273139038.
0153432253439006.
015.
84338313939009.
015.
94937293339002.
0194641294038997.
0204739324238991.
023.
55240344438983.
024.
85443374838980.
025.
65247405138941.
0266252495538954.
027.
85955435338932.
027.
96951495738977.
0285749414938986.
029.
15146334938988.
031.
94841354738944.
032.
55853515038937.
034.264534753Sheet3图5温度对污染物去除率的影响Fig.5TheimpactoftemperatureonremovalrateforaCOD,bNH4+-N,cTN,dTP3结论
(1)不考虑植物因素的湿地系统对微污染水仍具有较高的处理能力,说明土壤在处理水中污染物过程中发挥着重要作用
(2)微污染水流经整个系统,在不同区段的处理效果是不同的,处理效率随流程的增加而下降,系统的起始区段具有最大处理效率
(3)系统运行过程中存在着磷的积累,积累现象从系统的起始区段开始逐渐向后续区段转移
(4)系统处理效率受温度影响显著,随着温度的降低,污染物去除率也下降____
[1]WinthropCAPaulBHJoelABetal.Temperatureandwetlandplantspecieseffectsonwastewaterandrootzoneoxidation[J].JournalofEnviro__entalQualityhttp://jeq.scijournals.org/\t_blank200231:1010-
1016.
[2]KorkusuzEABekliogluMDemirerNG.Comparisonofthetreatmentperfor__n__sofblastfurna__slag-basedandgr__el-basedverticalflowwetlandsoperatedidenticallyfordomesticwastewatertreatmentinTurkey[J].EcologicalEngineeringhttp://___.elsevier.com/wps/product/__s_home/5227512005243:185-
198.
[3]AnneLSCynthiaA.Designandhadrulicperfor__n__ofaconstructedwetlandtreatingoilrefinerywastewater[J].WaterScien__andTechnology1999403:301-
307.
[4]__rgaretG.Nutrientcontentofwetlandplantsinconstructedwetlandsre__ivingmunicipaleffluentintropicalAustralia[J].WaterScien__andTechnology1997355:135-
142.
[5]JiGDSunTHZhQXetal.Constructedsubsu_____flowwetlandfortreatinghe__yoil-produ__dwateroftheLiaoheOilfieldinChina[J].EcologicalEngineeringhttp://___.elsevier.com/wps/product/__s_home/522751200218:459-
465.
[6]AndrewMRRichardSI.Developmentofvegetationinaconstructedwetlandre__ivingirrigationreturnflows[J].AgricultureEcosystemsEnviro__enthttp://___.elsevier.com/wps/product/__s_home/5032982007121:401-
406.
[7]ScholesLShutesRBE,RevittDM,etal.Thetreatmentofmetalsinurbanrunoffbyconstructedwetlands[J].Scien__oftheTotalEnviro__ent1998214:211-
219.
[8]SakadevanKBovarHJ.Nutrientremovalmechani__sinconstructedwetlandsandsustainablewater__nagement[J].WaterScien__andTechnology1999402:121-
128.
[9]KemJIdlerC.Treatmentofdomesticandagriculturalwastewaterbyreedbedsystems[J].EcologicalEngineeringhttp://___.elsevier.com/wps/product/__s_home/522751199912:13-
25.
[10]SakadevanKBovarHJ.Nutrientremovalmechani__sinconstructedwetlandsandsustainablewater__nagement[J].WaterScien__andTechnology402:121-
28.
[11]Vy__zalJ.Removalofnutrientsinvarioustypesofconstructedwetlands[J].Scien__oftheTotalEnviro__ent20073801:48-
65.
[12]AndrewM.Ray,RichardS.Inouye.Developmentofvegetationinaconstructedwetlandre__ivingirrigationreturnflows[J].AgricultureEcosystemEnviro__ent,2007,121:401-
406.
[13]鲍士旦.土壤农化分析[M].北京:中国农业出版社,1999:39-
76.BaoShidan.SoilofAgriculturalChemistry____ysis[M].ChineseAgriculturalpublishinghouse,199939-
76.
[14]RCorstanjeKRReddyJPPrengeretal.Soilmicrobialeco-physiologicalresponsetonutrientenrichmentinasub-tropicalwetland[J].EcologicalIndicators20077:277-2__.Theroleofwetlandsoilonthepurificationofthemicro-pollutedrawwaterYangXuYuShuiliXiuChunhaiZhangHongyangYanXiaojuWangDongguang
1.SchoolofMunicipalandEnviro__entalEngineeringHarbinInstituteofTechnologyHarbin150090ChinaAbstract:Inordertostudytheroleofwetlandsoilonthepurifyingthemicro-pollutedwatersoil-bacteriasystemisbuilttostudyexperimentallyinYuqingLakein___an.Theremovalpro__ssofasimulationwetlandwasstu___dintheabsen__ofaquaticplants.Theresultsshowthe__erageremovalratesofCODTNNH4+-NandTPwere
46.67%
34.86%
39.83%and
45.12%,respectively.The16mlongsystemwasdividedintofourequalunitsalongthedirectionofinflow.TheremovalofCODTNNH4+-NandTP__inlyoccurredinthefirstunit,witharemovalof
21.5%
13.5%
19.85and
16.64%respectively.Thisefficiencywasmuchgreaterthanthoseinthesubsequentthreeunits.InadditiontheaccumulationofPwasfoundinsoilandTPofsoilwouldreachapeak.Moreovertheremovalofcontaminationinwaterisinfluen__dobviouslybythesystemunderthetemperature.Asthetemperaturegoesdowntheremovalrateofcontaminationiseliminatedrapidly.Keywords:soil-bacteriasystem;micro-pollutedrawwater;treatmenteffect基金项目国家高技术研究发展计划
(863)项目2006AA06Z303__简介杨旭(1973-),男,工程师,__研究生,研究方向为饮用水处理E-__il:yangxu2005gd@
163.com*通讯__于水利,教授收稿日期2007-11-16。