表面水力负荷对锰渣陶瓷球填料人工湿地的影响研究
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环境污染与防治第39卷第6期2017年6月表面水力负荷对锰渣陶瓷球填料人工湿地的影响研究#成灵1’2叶芬宋谋胜1(1.铜仁学院材料与化学工程学院，贵州铜仁554300;2.铜仁市创建国家环境保护模范城市办公室，贵州铜仁554300)摘要云贵髙原地区农村面源污染严重。
参照贵州铜仁农村面源污水配制模拟污水，研究了表面水力负荷对锰渣陶瓷球填 料人工湿地的影响。
结果表明，该人工湿地的最佳表面水力负荷为0.55 m3/(m2•d)，此时COD、氨氮、硝态氮和TP去除率分别为 90.12%、76.45%、70.04%、87.48%。
以锰渣陶瓷球代替砾石作为人工湿地填料能显著提髙人工湿地对污染物的去除能力。
关键词锰渣陶瓷球人工湿地农村面源污染铜仁D0l：10.15985/ki.l001-3865.2017.06.003The influence of the hydraulic surface loading for the artificial wetland using manganese slag ceramic ball as filler CHENG Hao1,2 ,YE Fen1,29 SONG Mousheng1 .(1. College o f Material and Chemical E ngineerings Tongren University ?Tongren Guizhou554300；2.Tongren O ffice o f E stablishing National E nvironmental P rotection M odel City ,T on gren Guizhou 554300)Abstract ：Non-point source pollution in rural areas of Yunnan-Guizhou Plateau is serious. The influence of surface hydraulic loading on manganese slag ceramic ball artificial wetland was studied according to simulated wastewater of non-point source pollution,taking Tongren for instance. Results showed that the excellent surface hydraulic loading of the system was 0.55 m3/(m2• d) , with removal rates of COD,ammonia nitrogen,nitrate nitrogen and TP 90.12% , 76.45% ,70.04% and 87.48% ,respectively. The removal rate of pollutants was improved significantly by using manganese slag ceramic ball as filler instead of gravel in artificial wetland.Keywords：manganese slag ceramic ball；artificial wetland；non-point source pollution；Tongren面源污染是相对于点源污染而言的，又可称为 非点源污染。
由于农村面源污染分布区域广、种类 繁多，所以相比工业废水处理难度更大。
目前，面源 污染成为破坏水环境的主要原因[1]，在我国输人湖 泊的污染物约50%(质量分数）来源于面源污染[2]。
尤其是我国云贵高原一带，山峦起伏，地形不平，山区面积达90%以上[3]，受当地自然、经济、社会及历 史发展因素的共同作用，农村居民点的分布长期处 于自发选择状态，缺乏统一规划管理，呈现“散、脏、乱、小、差”的特点[4]。
伴随着城镇化发展，人们的生 活水平得到提高，人为产生的固体废弃物在种类和 数量上均逐渐增加。
就地处理农村面源污染，因地 制宜地将污水进行资源化利用，有利于物质的自然 循环[5]。
本研究拟采用垂直潜流（V F)/水平潜流（HSF)复合人工湿地（以下简称人工湿地）治理农村面源污 *染，同时利用固体废弃物锰渣制备锰渣陶瓷球替代 砾石作为填料。
锰渣陶瓷球填料人工湿地具有以下 优点：与当地环境融合；利用基质、微生物、植物的协 同作用，具有较好的污水处理与净化能力，防止二次 污染[67];实现固体废弃物的再生利用。
1材料与方法1.1 人工湿地共设置1#和2#两套人工湿地，均根据《人工湿 地污水处理工程技术规范K H J 2005—2010)设计。
相比1#人工湿地，2#人工湿地利用锰渣陶瓷球替代 砾石作为中间层填料，V F段替代比例（以面积占比 计，下同）为50.00%，H S F段替代比例为38.46%。
选择轮叶黑藻（)、富蒲 (Ac o rz^ caZamMS)和美人蒸（Canna 作为湿地植物。
人工湿地剖面图如图1所示，人工湿地第一作者:成昊，男，1987年生，博士，副教授，研究方向为环境保护材料、污水净化装备。
#通讯作者。
*贵州省教育厅科技拔尖人才支持项目（黔教合KY字[2016]107号、黔教合KY字[2016]009号）；贵州省铜仁市创模办资助课题（N o. Trcmbl6-9、No.Trcmbl6-14)。
成昊等表面水力负荷对锰渣陶瓷球填料人工湿地的影响研究表1人工湿地构造Table 1The construction of artificial wetland项目人工湿地2#人工湿地V F段HSF段V F段HSF段填料砾石砾石底层粒径/mm15 〜2015 〜20厚度/mm350350填料砾石锰渣陶瓷球中间层粒径/mm5〜105〜105〜105〜10厚度/mm400250400250表层填料厚度/mm黏土50黏土50植物种类轮叶黑藻菖蒲+美人蕉轮叶黑藻菖蒲+美人蕉种植密度/(株•m2)816816注'菖蒲占20%，美人蕉占80%。
VF段/轮叶黑藻HSF段黏土层出水口5〜10 mm砾石(1#人I:湿地)或锰渣陶瓷球(2#人n湿地）-15~20 mm烁石-集水区图1人工湿地剖面图Fig.l Profile diagram of artificial wetland的填料和植物铺设如表i所示。
在人工湿地前段安装1个水塔，借助地势落差 使污水进人到人工湿地；进水口附近安装蝶阀和浮 子流量计(量程为4〜40 L/h)，通过蝶阀调节进水 流量并控制污水的停留时间；出水口安装了蝶阀和 浮子流量计控制出水速度。
污水首先进人V F段，污水垂直向下流经轮叶黑藻、50 m m黏土层、400 m m烁石层（直径为5〜10 m m)或猛渣陶瓷球层、350 m m烁石层（直径为15〜20 m m);接着进人 H S F段，污水依次通过350 m m砾石层（直径为15 〜20 m m)、250 m m烁石层（直径为5〜10 m m)或猛渣陶瓷球层、50 m m黏土层，再由出水口水平进 人集水区。
调研结果显示，铜仁周边农村面源污染主要以 生活污水为主。
参照铜仁农村面源污水的水质指 标，配制模拟污水（见表2)。
表2水质指标Table 2Water quality indicators mg/L项目COD TN TP 铜仁农村面源污水289.029.712.5模拟污水290.030.013.01.2 实验方案与分析方法人工湿地与2#人工湿地同时运行。
每日 17:00配制次日所需的模拟污水，将污水灌人水塔。
取样周期为28 d，每日10:00左右取样。
调节进水口的蝶阀改变流量从而改变表面水力 负荷，其实验方案见表3。
表3表面水力负荷实验方案Table 3 Programs of hydraulic surface loading experiment 指标方案12 3 45流量/(L.d”126315504 693882表面水力负荷/(m3*m2 *d!)0.100.250.40 0.550.70通过测试C O D、氨氮、硝态氮和T P的去除率 确定最佳表面水力负荷。
表面水力负荷指单位面积 人工湿地在单位时间内能接纳的污水量，按式（1) 计算：_Q⑴式中：QV为表面水力负荷，m'V(m2 • d);Q为人工 湿地设计水量，m3/d;A为人工湿地面积，m2。
采用单因素分析法，研究不同表面水力负荷下，人工湿地对C0D、T P、氨氮、硝态氮去除率的影响，030、丁？、丁1^分另1]控制在（290.0±5.0)、（30.0±2.0)、（13.0±1.0) mg/L，只有表面水力负荷发生变 化。
每种方案测试1次，每次在出水口取3个水样，测定水质指标，取平均值。
C O D、T N、氨氮、硝态 氮、T P的测定仪器见表4。
Table 4表4水质指标测定仪器The equipment of water quality indicators 水质指标测定仪器COD DR1Q1Q型COD快速测定仪TN SD-1A型四氮测试仪氨氮SD-1A型四氮测试仪硝态氮SD-1A型四氮测试仪TP1)UV1100型紫外一可见分光光度计注：u测定前先进行过硫酸钾消解。
环境污染与防治第39卷第6期2017年6月2结果与分析2.1 表面水力负荷对C O D去除的影响在不同表面水力负荷条件下运行28 d，人工湿 地的C O D去除率如图2所示。
由图2可以发现，随着表面水力负荷增加，1#和2#人工湿地的C O D去 除率均呈现先上升后下降的趋势。
人工湿地的 C O D去除率峰值出现在表面水力负荷为0.40 m'V(m2 . d)时;2#人工湿地的C O D去除率峰值出 现在表面水力负荷为〇.55m'V(m2 .d)时。
2#人工 湿地的C O D去除率峰值明显高于人工湿地，为90.12%，说明2#人工湿地的抗冲击能力优于人工湿地。
分析C O D去除率曲线整体趋势可以发现，2#人工湿地对C O D的去除效果始终优于1#人工 湿地。
这是因为2#人工湿地的填料中使用了锰渣陶 瓷球，锰渣陶瓷球粒径可控，空隙均勾，导致2#人工 湿地的水流压降小于人工湿地，溶解氧高于人工湿地，从而促进其对C O D的降解。
另外，本研究使 用的锰渣陶瓷球表面存在孔径80 p m左右的大量显 气孔(见图3)，有利于表面挂膜[s]，增强了微生物的分 解作用，从而提高了人工湿地对C O D的去除率。
