城镇污水处理厂尾水湿地处理成果

单一人工湿地工艺有其固有优缺点。表面流人工湿地能显著去除有机物，而对氮和磷的去除率有待提高；水平潜流人工湿地因氧气传输限制不能保证硝化作用的有效进行；虽然氧气传输效果良好，垂直流人工湿地在满足硝化作用时却不能持续稳定地进行反硝化作用。所以人们根据不同类型湿地各自的特点，结合处理对象的水质特点，将以上两种或者两种以上工艺进行组合，形成组合人工湿地工艺，发现组合人工湿地处理效果优于单一湿地。

谢佳等（2018）研究了三种组合人工湿地工艺（生物砾间接触氧化池-表面流-植物塘、水平潜流-表面流-植物塘和垂直流-表面流-植物塘）对富营养化河道水质的净化效果。为期1 年的水质净化数据表明，三种组合人工湿地工艺出水中CODCr、NH3-N和TP浓度达到《地表水环境质量标准》（GB 3838—2002）IV类水标准；其中生物砾间组合人工湿地对NH3-N的去除效果最好，去除率达91.7%；垂直流系统对TN的去除效果优于其他组合人工湿地；三套系统对TP的去除效果未表现出明显差异（图5-8—图5-11）。

图5-8　三套组合人工湿地CODCr去除率

注：不同小写字母标志存在显著性差异。

图5-9　三套组合人工湿地NH3-N去除率

图5-10　三套组合人工湿地TN去除率

图5-11　三套组合人工湿地TP去除率

为了提高脱氮除磷效率，唐孟瑄等（2016）构建了一种新型阶梯流人工湿地系统，用于处理生活污水。该系统由3个垂直流人工湿地单元组成（图5-12）。组合垂直流人工湿地共分为三级，长宽高都为0.5m，填料的填充深度为0.45 m；第一、二、三级填料分别为沸石（10～20 mm）、页岩（8～16 mm）、陶粒（4～8 mm），植物分别为美人蕉、千屈菜、鸢尾，种植密度为每平方米20株。两级之间填料表面高程差为0.25 m（可按实地情况更改此高程差，适应不同的地形、地势），用以维持水体在系统内部为重力流形式。水流方向分别为下向流、上向流和上下向流交替。

图5-12　阶梯垂直流人工湿地系统结构示意图(www.xing528.com)

图5-13　阶梯流人工湿地对TN的去除效果

图5-14　阶梯流人工湿地对NH3-N的去除效果

图5-15　阶梯流人工湿地对NO3--N的去除效果

该系统运行的水力负荷为0.1m3/（m2·d），采用间隙式进水运行。系统运行8个月的结果显示，进水TN浓度为41.7±8.9mg/L，出水TN浓度为22.7±7.5mg/L，对于TN的去除率为45.9%±13.2%（图5-13）；进水NH3-N浓度为33.9±5.0 mg/L，出水为14.5±11.0 mg/L，系统对NH3-N去除率达到58.7%±30.5%（图5-14）；系统进水-N浓度很低，为0.7±0.3mg/L，经过系统处理后出水-N浓度有所提高，变为7.0±4.4mg/L（图5-15），出水-N浓度相比于进水提升了近10倍，这说明系统内部存在硝化作用，符合垂直流人工湿地硝化作用强的特点。进水-N浓度很低，仅为0.01±0.01 mg/L，其与NH3-N，N的浓度不在同一个数量级上，经过系统处理后，出水N浓度也只有0.03±0.05 mg/L（图5-16）。系统进水、出水TP的浓度分别为5.0±1.0 mg/L，3.0±1.0 mg/L，系统对TP的去除率为41.2%±11.6%（图5-17）。12月份前，进水TP浓度低，出水TP浓度也低，进入12月份后，系统进出水TP浓度都有所升高。比较TP的进出水浓度曲线变化趋势可以看出，系统对TP的去除可能是受到进水浓度的影响。TP在系统内的去除主要是集中在第一级，第三级也有一定的效果，其中第一级去除颗粒态磷、第二级去除正磷酸盐，在系统内部磷也存在形态的改变。

图5-16　阶梯流人工湿地对-N的去除效果

图5-17　阶梯流人工湿地对TP的去除效果

除了工艺选择，湿地的构成如基质种类和湿地植物物种等也对其氮磷去除效果影响显著。常用于人工湿地的挺水植物主要有芦苇、菖蒲、香蒲、美人蕉、水葱、鸢尾、再力花、千屈菜等。有研究表明，栽种芦苇和香蒲等挺水植物的人工湿地脱氮效果相对浮叶植物和沉水植物的人工湿地要好。湿地植物的多样性与湿地脱氮效率也密切相关。在高氨氮进水条件下，湿地植物物种多样性的提高有利于湿地对氮的去除。