某军区生活污水复合垂直流人工湿地处理

垂直流人工湿地1 引言垂直流人工湿地因具有较高的水力负荷、污染物去除效率高、占地小等优点，越来越得到大面积的应用.近年来，垂直流湿地多用于不同污染负荷生活污水的处理，其净化效果主要受湿地类型构造本身、填料、植物类型、进水C/N比与启动季节等因素的影响，而关于进水C/N比对不同植物类型处理生活污水效果的影响研究相对较少.污水C/N比是反映湿地系统内部碳氮循环的主要指标，综合了湿地生态系统功能的变异性，容易测量，是确定废水碳氮平衡特征的一个重要参数.湿地系统的进水C/N比特征直接影响着微生物的群落结构，从而影响污水处理效果.另外，不同湿地植物、不同环境条件下及不同生长时期对N、P的需求量也不同.植物对N、P吸收量及比例的变化，也会间接影响其在不同季节对污水去除效率的贡献.本研究针对垂直流型人工湿地系统，研究水葱(Scirpus tabernaemontani)，香蒲(Typha orientalis，)菖蒲(Acorus calamus)和千屈菜(Lythrum salicaria)4种植物湿地在不同进水C/N比条件下的污水净化能力，探讨其可能的影响机制.2 材料和方法2.1 人工湿地的构建人工湿地污水处理系统于2014年1月建于复旦大学生态学实验基地温室大棚内，为垂直潜流型人工湿地(图 1)，各湿地尺寸均为1.0 m×0.6 m×0.9 m(长×宽×高)，在长边15 cm处分别用隔板隔开，靠近进水端15 cm的隔板底部以尺寸为0.80 m×0.15 m的矩形开口相通.布水区填料上层为粒径约12 mm的炉渣，厚度为45 cm，炉渣在使用前经过5次冲洗，以避免其会产生高碱度的环境，从而危害植物和根系间微生物的生长;下层为粒径约15 mm的砾石，厚度为20 cm，进出水隔板之间10 cm的高度差使得水流可以从布水区自行流入出水端.进水区采用穿孔(15 mm的孔，间距为100 mm)PVC管均匀布水，试验于2014年1—3月先进行湿地驯化，2014年4月到2015年1月为污水处理正式运行阶段，采用连续进水方式，水力负荷为0.67 m3 · m-2 · d-1，HRT为1.5 d，填料层的孔隙率约为43%.3种不同的C/N比进水条件，每种植物湿地均为4个平行处理，共计48个湿地单元.图1 垂直流型人工湿地2.2 模拟生活污水的配制及进水水质特征对4种植物类型湿地进行碳源不同污染梯度水平的添加处理，碳源添加浓度分别为100、200、400 mg · L-1(污染负荷分别为322.64、645.35、1280.06 mg · m-3 · d-1)，N素添加浓度为40 mg · L-1(污染负荷为107.75 mg · m-3 · d-1)，P素添加浓度为5 mg · L-1(污染负荷为16.58 mg · m-3 · d-1).模拟污水的配方为 100、200、400 g · m-3 葡萄糖，80g · m-3 尿素，15 g · m-3 NaH2PO4，1.5 g · m-3 KH2PO4，4 g · m-3 CaCl2，2 g · m-3 MgSO4.3种不同C/N比进水条件分别为C1N(2.5 ∶ 1)、C2N(5 ∶ 1)和C3N(10 ∶ 1).每种湿地植物在相同进水条件下的处理均为4个平行组.模拟生活污水的进水水质特征见表 1和表 2.表1 不同进水C/N比条件下主要理化指标的进出水特征表2 不同进水C/N比条件下主要污染物的进水浓度与去除率及湿地植物收获后生物量2.3 实验步骤本研究选取本实验室前期筛选出的具有较好污染物降解效果的水葱、香蒲、菖蒲和千屈菜，均为挺水植物.2014年的2月1日每个湿地单元分别种植水葱(Scirpus tabernaemontani)、香蒲(Typha orientalis)菖蒲(Acorus calamus)和千屈菜(Lythrum salicaria)，上述4种湿地植物种植时单个湿地平均鲜重分别为0.28、0.34、0.21和0.41 kg，种植密度为 5~8 株· m-2.前期湿地用模拟生活污水灌水2个月，该阶段为湿地的驯化期.实验运行周期为10个月，时间为2014年的4月1日至2015年的1月31日，模拟污水以0.21 m3 · m-2 · d-1的水力负荷进入人工湿地单元，配水装置是一个直径5 cm的塑料管，其上分布着直径1.5 mm的小圆孔.每周通过一个200 L的大水箱向人工湿地供水5 d，另外2 d为停歇时间.2.4 水样、植物样采集与测定每周采集进出水样一次，每月测定的4个周的平均值作为该月处理水样的月平均值.COD 采用重铬酸钾法测定，TP 采用AQ2全自动间断化学分析仪(Automated Chemistry Analyzer ，England )测定，TN 采用德国产Liquor TOC 分析仪测定.物理化学指标的测试包括氧化还原电位(Eh)、pH 值、溶解氧(DO)，均是在现场实地测量，其中，DO 采用Orion Dissolved OxygenProbe(Model 862Aplus ，USA)测量，Eh 采用Orion 250Aplus ORP Field Kit 测量，pH 值采用Orion Portable pH Meter(Model 250Aplus ，USA)测量.分别采集和测定各湿地植物实验前后的生物量，本研究采用种植前与实验结束收获后湿地植物鲜重表示生物量.2.5 数据分析污染物去除率R 的计算公式如下：式中，Ci 和Ce 分别表示进水和出水的浓度(mg · L -1).1个月中每周测量值的平均值用来表示1个月中污染物的去除效果.2.6 统计分析所有的数据都采用SPSS 软件进行分析.一阶方差分析用来分析4种不同植物垂直潜流式人工湿地各种参数条件下的出水状况.二阶方差分析用来分析测试不同的碳元素添加、人工湿地植物类型、季节变化，以及其两两或者3个一起的综合影响作用.Duncan 多倍范围检验用来进一步评价方差分析中的差异显著性.3 结果3.1 主要物理化学指标的变化pH 值、氧化还原电位(Eh)和溶解氧(DO)值见表 1.对于pH 值，3种C/N 比进水条件下，4种植物湿地均表现为出水值(6.38~6.81)低于进水值(7.23~7.56)，但不同处理条件下，不同植物间差异不显著(p>0.05).对于DO 值，C1N 和C2N 处理要显著高于C3N 处理(p<0.05)，但相同处理不同植物类型间差异不显著(p>0.05).对于4种植物湿地类型，Eh 值在C1N 、 C2N 和C3N 处理中差异也不显著(p>0.05).3.2 主要污染物去除率随时间的变化主要污染物去除率在处理过程中各个月份中的变化明显，3种进水负荷下，COD 去除率在香蒲和菖蒲湿地均优于水葱和千屈菜湿地(图 2，表 2).如图 2a 所示，C1N 处理中，4种植物湿地中COD 去除率在秋末和冬初波动相对较大.在C2N 和C3N 处理中，4种植物湿地均表现出在7月和10月COD 去除率较高(图 2b 和2c).到实验结束(1月)，3种处理条件下，不同植物湿地对COD 去除率均下降到最低值，受季节影响显著.由表 3的方差分析发现，季节、植物类型与季节的交互作用对COD 的去除率影响显著(p<0.05).图2 实验期间COD去除率变化(a.C/N=2.5 ∶ 1; b.C/N=5 ∶ 1; c.C/N=10 ∶ 1)表3 湿地植物类型、碳添加、季节变化参数的方差分析如图 3所示，4种植物湿地中TN去除率在所有进水条件下均出现了较为明显的波动.在C1N 和C2N处理中，水葱湿地的TN去除率低于其他3种植物湿地(图 3a，3b)，而香蒲湿地在整个实验阶段TN去除率均较高.在C2N和C3N处理中，4种植物湿地类型在10月TN去除率明显较高，冬初(11—12月)也表现出了相对较高的去除能力(图 3b和3c)，然而到翌年1月均呈明显下降趋势，TN去除率较低.在整个实验启动期间，TN去除率受季节变化影响明显，波动时间相对较长.研究发现，季节对TN的净化效果具有显著影响(p<0.05)(表 3).图3 实验期间TN去除率变化(a.C/N=2.5 ∶ 1; b.C/N=5 ∶ 1; c.C/N=10 ∶ 1)对于TP去除率，其在所有进水负荷条件下都表现出在香蒲和水葱湿地稍高于菖蒲和千屈菜湿地(图 4).表 3分析发现，季节对TP去除率的影响明显(p<0.05).较高的TP去除率出现在4—5月，但最低值大都出现在冬季(12月，C/N=10 ∶ 1情况下最低值出现在6月)(图 4).TP去除率在菖蒲湿地总是相对较低，且受季节变化影响显著.图4 实验期间TP去除率变化(a.C/N=2.5 ∶ 1; b.C/N=5 ∶ 1; c.C/N=10 ∶ 1)4 讨论不同进水C/N比处理条件下，湿地去除能力有明显差别.很多研究结果表明，进水的污染物负荷的C/N比对污水的净化效果有较大的影响.赵永军等研究发现，微生物在不同生长阶段会根据自身需要调节所需要的C/N和P/C比，较高的生长速率不仅仅会出现在较高的C/N和P/C比下，也会出现在较低的N/P比的情况下，如细菌.合理控制C源和N源，以及进水污染物的C/N比，对于提高COD的去除率具有积极意义.本研究COD去除率达63%~78%，与在水平潜流型湿地的处理效果接近(60%)，而略低于Poach等)的研究结果.COD的去除率在香蒲湿地中相对高于其他3种湿地，其机理可能是香蒲植物向根区输氧能力更强，在植物根区的还原态介质中形成氧化态微环境，使有氧区域和无氧区域共同存在，有利于充分发挥微生物降解有机污染物的作用.利用菖蒲湿地处理生活污水时COD的去除率约为76%，与本研究进水C/N=5 ∶ 1时结果基本相同.另外，4种植物湿地均受到了进水负荷和季节变化的较大影响.COD在污染物进水负荷为C/N=5 ∶ 1时的去除率达到最大.C/N=10 ∶ 1时的结果显示，在较高的C/N负荷中，有机污染物的降解率相对较低.此结果与赵永军等的研究结果基本一致.垂直潜流人工湿地对于氮的去除主要是依靠硝化和反硝化过程实现的.当C/N=5 ∶ 1时，TN去除率比C1N和C3N处理高，而香蒲湿地也略高于其他3种植物湿地.这说明在适合的C/N比条件下，可使得硝化反应和反硝化反应达到最佳状态，适量的碳源保证了湿地反硝化过程的顺利进行.而植物的合理选择也在一定程度上提高了TN的去除效果.在不同的进水负荷条件下，平均TN去除率在香蒲湿地中达到了38%~49%，与Seo等(2008)在水平流湿地中48%的去除率接近.比较了水葱、香蒲和千屈菜等湿地植物对生活污水的TN去除率，发现香蒲的去除效果高于千屈菜，这与本实验的研究结果基本一致.另外，该研究结果表明，季节变化对于TN的去除则是有非常显著的影响，特别是在6—7月间，TN去除率达到最高值.TN在夏季有较高的去除率，其原因可能是植物在较高温度下良好生长，根系充分发育，为植物根系间微生物提供了良好的新陈代谢环境所致.人工湿地中TP的去除主要是通过湿地基质填料的吸附作用和沉降作用来实现的.为了可以达到较好的除磷效果，本研究以炉渣作为湿地填料的上层填充物，在不同进水条件下4种植物湿地均表现出了较高的TP去除率.Tanner等研的究结果表明，P在人工湿地中的吸附沉淀降解是一种有限的过程，经过一段时间以后湿地填料必须要更新或者冲洗以后才能再用，否则TP去除效果会下降.因此，人工湿地填料的选择对于TP的去除是一个非常重要的影响因素研究发现，水葱对总氮的净化效率可达到85%，好于其他挺水植物湿地.但本试验中水葱湿地虽去除率高于其他3种湿地，但仅为70%左右.这可能与研究的人工湿地类型与进水浓度不同有关.本研究发现，不同植物类型湿地间TP的去除率差异不大，可能的原因是植物对于磷元素的吸收对于整个TP去除的贡献率较小，湿地基质的吸附降解作用是其主要途径.不同C/N比处理下，TP的去除效果也差异明显，当C/N=5 ∶ 1时，具有最大值(63%~73%).这说明进水的C/N比也是影响人工湿地TP去除效果的重要因素.合理设计人工湿地进水C/N比例，有利于取得理想的TP净化效果。

HJ中华人民共和国环境保护行业标准HJ ×××－××××人工湿地污水处理工程技术规范Technical specification of constructed wetlandsfor wastewater treatment engineering（征求意见稿）20××－××－××发布 20××－××－××实施环境保护部发布I目次目次 (Ⅰ)前言 (Ⅱ)1 适用范围 (1)2 规范性引用文件 (1)3 术语和定义 (2)4 水量和水质 (5)5 总体设计 (6)6 工程工艺及人工湿地设计 (9)7 主要设备及材料 (14)8 检测与过程控制 (15)9 辅助工程 (16)10 施工与环境保护验收 (17)11 劳动安全与职业卫生 (19)12 运行与管理 (19)附录 A（规范性附录）符号 (22)II前言为贯彻《中华人民共和国环境保护法》和《中华人民共和国水污染环境防治法》，规范我国人工湿地污水处理工程的建设、运行、维护和管理，制订本标准。

本标准规定了人工湿地污水处理工程的设计、施工、验收和运行管理的技术要求。

本标准为首次发布。

本标准由环境保护部科技标准司组织制订。

本标准起草单位：沈阳环境科学研究院。

本标准由环境保护部20□□年□□月□□日批准。

本标准自20□□年□□月□□日起实施。

本标准由环境保护部解释。

1人工湿地污水处理工程技术规范1 适用范围本标准规定了采用人工湿地工艺的污水处理工程设计、施工、验收、运行维护与管理的技术要求。

本标准适用于采用人工湿地工艺的污水、雨水处理及河流、湖泊水质改善工程，可作为环境影响评价、可行性研究、设计与施工、建设项目竣工环境保护验收及建成后运行与管理的技术依据。

2 规范性引用文件本标准内容引用了下列文件中的条款。

复合垂直潜流人工湿地处理低温生活污水的研究赵雪锋;王欣【摘要】探讨复合垂直潜流人工湿地用于处理北方农村地区低温生活污水的效果.为获得潜流人工湿地运行与管理的有效方法,从水力停留时间和水力负荷率方面探讨系统对COD、NH3-N、TN和TP的去除效果.研究发现,当水力停留时间在72～96 h时,各项水质指标的去除率较高,NH3-N和TN的去除率为37.6％和35.3％.当水力负荷率在1.0m3/(m2·d)时,水质指标均有较高的去除效果,COD和TP的去除效果分别能达到79.5％和66.7％.通过增加污水回流提高湿地对有机物、氨氮及总氮的去除率,最佳回流比为1.同时对比研究了系统抵御温度变化的能力,分析了温度降低对水质处理效果的影响.【期刊名称】《黑龙江大学工程学报》【年(卷),期】2011(002)004【总页数】5页(P62-66)【关键词】人工湿地;水力停留时间;水力负荷率;回流比【作者】赵雪锋;王欣【作者单位】北京国环清华环境工程设计研究院有限公司,北京100084;清华大学环境学院,北京100084【正文语种】中文【中图分类】X7030 引言垂直潜流人工湿地（Vertical Subsurface Flow Constructed Wetland，VSSFCW）以过滤、吸附、共沉、离子交换、植物吸收和微生物分解来实现对污水的高效净化，实现对N、P及CODcr等污染物的去除［1－3］。

由于氧气可通过大气扩散和植物传输进入湿地系统，垂直潜流人工湿地其内部充氧更为充分，有利于好氧微生物的生长和硝化反应的进行，氮、磷去除效果较好［4－6］。

许多学者一直以来对湿地类型、基质种类、基质粒径和组配、植物种类及搭配进行了大量的研究。

人工湿地除污机理相当复杂，很多化学过程与生物化学过程至今尚未完全弄清或存在不同观点，运行和管理还需要进一步研究。

本研究选择复合垂直潜流人工湿地（Hybrid Vertical Subsurface Flow Constructed Wetland）处理工艺，研究低温条件下COD、NH3－N、TN和TP等水质指标在不同水力停留时间（Hydraulic retain Time，HRT）、水力负荷率（Hydraulicload Rate，HLR）和回流比R及温度等控制参数下的去除规律，寻求组合工艺处理低浓度生活污水的最佳处理方案。

复合垂直流-水平流组合人工湿地对污水的净化效果摘要：采用下行流和上行流复合垂直流以及水平流组合人工湿地系统对污水进行处理。

主要分析组合人工湿地系统在不同季节、不同水力负荷条件下对污水的净化效果。

关键词：组合人工湿地系统；水力负荷；净化效果一、材料与方法（一）试验装置根据本次试验要求，在实验室中建立组合人工湿地装置，具体工艺流程是：污水首先经废水箱完成搅拌，再通过蠕动泵泵入复合垂直流人工湿地装置。

复合垂直流人工湿地分别由下行流和上行流组成，内部填充粒径为5cm左右的砾石。

其中，上行流湿地填充高度要高于下行流湿地，分别是50cm和46cm。

复合垂直流湿地出水通过上端的出水阀后流入第二级水平流湿地，采用左侧进水，右侧出水的推流式，填充基质是陶粒和砾石的混合物，基质填充高度为25cm。

湿地植物选用菖蒲。

（二）试验用水本试验污水取自某河道，河道水质为劣V类。

（三）试验方法分析不同季节、不同水力负荷条件下，组合人工湿地系统对污染物的去除效果。

在装置安装完成之后，进行试运行，定期检测出水中高猛盐酸指数、TN、TP以及氨氮的浓度。

在装置运行稳定之后，研究不同的工艺参数对运行效果的影响。

试验设置两个取样点，分别对复合垂直流人工湿地出水和水平流人工湿地出水进行取样。

二、结论与讨论（一）组合人工湿地系统对TP的去除效果TP的净化主要是通过填料床的物理和化学反应的作用、微生物的同化作用以及植物的摄取作用来完成。

在不同季节、不同水力负荷的影响下，组合人工湿地系统对于TP的净化效果如图1所示。

由图1知，组合人工湿地系统在秋季水力负荷为0.3m3（m2·d）时，对TP的净化效果最为理想。

这主要是因为在秋季时，系统中的微生物的数量最多，并且同化能力达到最强的状态。

在水力负荷过低时，容易造成系统总的氧含量急剧减少，使得微生物过量吸收的磷又重新被释放出去，降低TP的净化效果。

而在水力负荷过大时，水流速度也非常大，又容易导致之前被吸收的磷随水流直接冲出系统，从而影响TP的去除率。

生活污水处理及人工湿地工程设计方案1．1 项目概况1．2 项目建设的必要性“十一五”规划提出了建设社会主义新农村的我国农村生活污水有以下特征:重大历史任务,并明确了“生产发展、生活宽裕、乡风文明、村容整洁、管理民主”的建设目标。

加强农村生活污水的处理, 是社会主义新农村建设的重要内容。

农村生活污水造成的环境污染不仅是农村水源地潜在的安全隐患 , 还会加剧淡水资源的危机 , 使耕地灌溉得不到有效保障 , 危害农民的生存发展。

因此加强农村生活污水收集、处理与资源化设施建设，避免因生活污水直接排放而引起的农村水体、土壤和农产品污染。

确保农村水源的安全和农民身心健康，是新农村建设中加强基础设施建设、推进村庄整治工作的重要内容 , 也是农村人居环境改善需要解决的迫切问题。

XXXXXX是一个300 年历史的古村寨，是一处和谐相融的生态家园，是一方正在悄然变化的热土，是个清代民居 XXXXXX寨。

2005 年，该县委托广西旅游规划设计院 , 对古村寨进行了旅游规划 , 力争将该古村寨打造成乌江文化第一村。

2008 年， XXXXXX纳入全县新农村建设试点之一，在县帮扶组的建议下重点开发旅游产业，充分利用XXXXXX浓厚的历史文化和依山就势的自然资源，积极发展民族风情乡村游。

XXXXXX污水处理厂及人工湿地的建设，能改善景区生态环境，改善水体水质，形成良好的水生态系统。

XXXXXX风景区是促进旅游发展事业的亮点，因而，XXXXXX人工湿地工程建设势在必行。

(1)XXXXXX 人工湿地工程是周边镇区发展的需要XXXXXX湿地工程东邻国家级自然保护区梵净山，西倚历史文化名城遵义，南靠泉都石阡，北顺乌江达重庆涪陵入长江，XXXXXX的水系不是孤立的，而是与周边地区存在着密切的联系。

通过建设XXXXXX湿地工程，可以改善周边地区生态环境，进而统筹和周边地区各种发展资源，实现土地的高效和高质的利用，促进周边地区发展。

(2)人工湿地污水资源化利用是 XXXXXX进一步发展的需要XXXXXX景区污水处理系统及人工湿地工程是落实科学发展观、落实党的十六大提出的生态文明建设，遵循“节能减排”，“循环经济”和可持续发展的原则指导下的新型的、新农村建设模式的示范计划( 项目 ) 。

复合垂直潜流人工湿地处理分散型农村生活污水工程设计尹笛，陈忠购，张帼一，刘佳伟（浙江农林大学风景园林与建筑学院，浙江杭州310000）摘要：根据高岙村生活污水的特点，采用“格栅过滤-隔油沉砂池-厌氧水解池-IVCW 系统-砂滤池”的模式处理居民居住距离＞2km 的较分散的生活污水，处理规模为2.3m 3/d 。

结果表明，该工艺具有处理效果好、投资费用低、景观价值高等优点，能提升农村生活污水处理效率，对有效解决分散型农村生活污水问题具有积极的指导意义。

关键词：复合垂直潜流人工湿地；农村分散型生活污水；基质；植物细菌、寄生虫卵等，重金属等污染物较少。

③排放随意性：由于污水收集管网建设不健全，分散型生活污水的处理多是经过化粪池等简单处理就排到附近农田、河沟、坑塘中。

1.2工艺选择目前，国内外对于农村生活污水处理工艺主要分为2种方式，一是小型的城镇污水处理厂；二是利用植物根系吸收、微生物分解、基质吸附等原理净化污水的自然处理系统（如氧化塘、人工湿地、土地渗滤等）。

其中，人工湿地污水处理技术以其基建投资少、操作简单、运行管理费用低、处理效果好等特点在农村得到了广泛应用[4]。

高岙村为典型的农村小型村落，具有地域广、村落分布散等特点，建设市政管网将农村污水统一收集处理费用高、难度大。

为推进高岙村的污水治理项目工作，采用IVCW 为主处理工艺的农村污水处理工程。

该工艺可就地净化处理生活污水，适合处理小型分散村落，可以因地制宜解决好高岙村污水达标排放问题。

2工程设计2.1工艺流程及进出水水质IVCW 型污水处理工程主要的工艺流程由3部分组成：预处理系统、IVCW 系统和后处理系统。

针对居民居住距离＞1km 的较分散且管网铺设难度大的区域，采用联户分散处理模式，工艺流程如图1。

对高岙村工程选址处生活污水排放情况现场调研，并结合《东北地区农村生活污水处理技术指南》和国家排放标准要求，污水处理应尽量与资源化利用结合，污水处理后不直接外排，可作为周边农田灌溉用水及景观用水，本项目设计进出水水质如表1。