用于污水回收利用的人工湿地-水生生物-土壤渗滤组合工艺
摘要：介绍利用人工湿地—水生生物—土壤渗滤组合工艺回收利用污水的技术，并进行相关的分析和讨论。
关键词：回收利用,人工湿地,垂直流土壤过滤器,填海
一个有效的生活污水处理系统应减少废水的产生并将其再利用。其具体目标包括［1］：①评价阶段进水，再循环，具体的有氧和无氧的区域，有氧和无氧环境的交替，沸石对氮的吸附；②评价砖屑片对磷吸收及固氮植物对磷的吸收和储存；③分析使用的脱氮除磷废水处理回用工艺的成本效率。
人们排入高品质水中的废物和进入地下及地表的污水，其总量是不可忍受的。这种水利用效率极低，并同时会产生不良的影响。无论是分散或集中式的水处理技术都使其附近受益于污水的处理和再利用［2，3］。分散式废水处理的设计已经演变成一个复杂并有众多优点的水处理技术，但是它的不足之处在于地面上或者地表水的非点源污染治理，结果导致氮磷及致病菌的污染。集中式的污水处理工艺的困扰在于规模的不断扩大、成本的升高以及资金筹集的不善、运行操作的失当以及周期性的将部分污水排入地表水之中［4］。
1 工艺方法
利用化粪池的组合，将2 个单元连接构造湿地系列，加上抽水器，以及紫外线好加氯消毒，模块化的土壤过滤盒，处理过的水的回用于冲洗厕所。
（1）人工湿地的介绍。人工湿地污水处理系统美观，成本低，获取养分维持系统。工程湿地被选为本系统设计的可调水分条件，他们的设计提供全方位的优势，因此为氮转化提供最大程度的控制［5］。在不断的进水，低溶解氧，pH 呈酸性的条件下，人工湿地内的氮将以铵氮的形式存储。当湿地植物处于生长季节时候，氮将以硝酸盐氮和氨氮的混合物供给植被生长。冬季反硝化作用将被加强，通过增加浸润时间，进入湿地的硝酸盐氮通过分级进水和和再循环的形式流通。当需要经常浇水且的氮负荷有限时，这种运行方式也可能是有用的。
要加强系统内的氮的脱除，串联的2 个人工湿地单元的运行需要采取周期进水，再循环，好氧和缺氧的空间的分化，有氧和无氧环境的交替等方式。堆积土壤的过滤水平潜流湿地。
堆积土壤过滤水平潜流湿地的设计，采用的标准，结合水力负荷和有机负荷率。使用的基材包括粉碎砖，粗砂和砾石［6］。处理组件的组合堆叠在彼此的顶部，以节省空间，提高处理效果和创造的审美情趣。处理组件的设计除作为污水处理外，也是人们互动娱乐的空间。其中就包括湿地，高地和过渡物种的植物多样性。
（2）以太阳能为动力阀，启动和运行人工湿地。水流量的控制，是通过12V 太阳能供电的电动阀门，间歇性地控制水流的打开和关闭。通过调整阀门开启时间，让水从沙层流过。进水和排水增强了硝化反硝化作用和磷的吸附。太阳能电源的使用，将为该工艺在偏远地区的类似应用提供重要借鉴。
（3）养分管理种植箱。这些组件的设计，以如土砂过滤器和土丘等模块化的过滤器组件为代表。种植箱的设计除考虑废水处理之用外，要能够照顾到室内外的摆放及美观。废水水力负荷率从40-120mL/d。磷的去除并不是经常与水生环境相联系。然而，磷将会被湿地单元下层含有铁离子的砖粒所吸附，设计时会保持有氧砖基板。当有必要限制磷在土地中的使用之后，磷将以不饱和的形式分布于湿地单元中。当需要磷时，湿地将被淹没，吸附在湿地中的磷的释放用于园林植物或作物生长。6个盒子均为1.2m×6m，都充满了不同过滤器的基板和部分经过处理的废水剂量的压力层。每月从每个箱子底部的排水渠的水进行采样。流量数据加上化学数据用来评估废水成分的质量平衡。
（4）水质监测。每月样品（1000mL）取自系统内进水口和出水口的位置。水质监测主要从总凯氏氮（TKN），硝酸盐氮（NO3-N）的，氨氮（NH3-N），总磷（TP），磷酸盐磷，粪大肠菌群，总悬浮固体（TSS）的水质样本进行评估，以及总溶解固体（TDS），化学需氧量（COD），生物需氧量（BOD），pH 值。浊度的连续测量，以满足2 台监管要求。每天测量余氯，以确保在系统内保持0.5mg/L［7］。
（5）水平衡的测定。流入系统组分的总量按照监测泵周期和反应器容积计算。每个周期数量和总量是计算出来的。流经反应器的组分通过相应的显影槽及计算得出。每天记录降雨和温度。这些信息将有助于计算系统水平衡，从而得知有多少水被回收了，有多少水在处理过程中消耗了。估算潜在蒸散量要使用来自附近气象站和其他研究项目信息。
（6）景观组件的实验设计。没有存储的水被回收回来，它的压力被加到一个能自我调节冲洗发射器的浅水域的灌溉系统。灌溉园景区是由两个区域，每个领域被是简单的浅置于监测井监测。监测井的安装是成对的；一个安装在A-B 土层界面，一个安装在B- C 土层界面。
（7）浮萍处理效果实验设计。针对植物基因型选择，特别适用于该系统的能够有效处理生活污水的植物之一是浮萍。世界范围内有4 属32 种浮萍。此外，大多数物种有几个确定地域分离。因此，它很可能在地域隔离种内存在较大的变异株能够有效增长，并进一步净化已部分处理的生活污水。
在进一步净化生活污水方面设计了一个实验，采用11株快速增长的隔离浮萍株以确定他们是否有比较突出的能力。实验是在体外进行，包括3 个液体介质：指定SH 培养基，SH 加3％蔗糖，部分修复国内污水标准营养维持液。养殖环境是恒定23℃，16h 照射，照射光由广谱管荧光灯管提供的一种光合作用光子流量40 umol/m2 的基础上的。3 周后，培养基开始变化，通过将8 种植物体引入25mL 容器中，记录活的和死的叶片数和鲜重［8］。叶片在36℃中放置48h 后烘干称重并记录。3 个培养基代表每个隔离种。由于总干生物质生产是至关重要参数，最关注的是，此参数的获得。
2 结果和讨论
（1）人工湿地和土壤过滤器。方法的建立是在1998 年2月完成。湿地单元种植的植物有黑竹，紫竹，甜标志的品种，菖蒲属；黄花菜，萱草属，菖蒲，鸢尾，金樱子和仓促，灯心草。水产品组件内使用的浮萍株的初步化验检查已经完成。
（2）浮萍系统。在每个范围内的3 个中型处理株中观察到了大的差异（P <0.0001）。在最不发达和最有生产力的分离株之间看到了一个近5 倍的差异，通过观察到的激增超过3 周的叶片由总干重的判断其能否用于生活污水的净化处理。值得注意的是类似的差异出现在了SH 培养基和SH3％处理中。当在部分净化的生活污水中生长时，与没有蔗糖的人工培养基相比，11 株中的5 株产生了更大的生物量，而相反的是真正的浮萍gibba 株只有G3。
正如预期的那样，当蔗糖添加到SH 介质中时，所有的菌株在这种光线较暗的环境中生长的更好。隔离种在SH3％的中期表现是有趣的，因为它可能表明隔离潜在的条件是最优的，例如充足的光线下。例如，紫萍隔离8240 间，部分净化生活污水和SH 增长相对强劲的菌株，但在SH3％培养时它远远超过了所有的菌株。
从这个实验中得到的一个重要的事实是，即使在快速增长的预选的一组，分离株的浮萍，他们的增长能力方面，净化的生活污水方面也大大不同。另一个原因是，大多数菌株，部分净化的生活污水，和人工营养或比人工营养，在促进健康的浮萍增长中更好。2 者综合起来，这些事实使我们相信，生活污水处理系统内的基因型选择将导致更有效的处理效果。
（3）复合垂直流-水平潜流人工湿地系统的评价。该系统有效地去除了78％的总氮（TN）和97％的铵态氮（NH4+N）。垂直流湿地单元提供了一个有氧环境，使得进水NH4-N 近乎完全被硝化。系统总磷（TP）的去除效率为44％。粉碎砖作为过滤器基板使用，实验室评估表明其具有70％～80％除磷潜力。该系统有效地去除了总悬浮固体（TSS）（去除率57％）和生物需氧量（BOD）（去除率97％）。通过垂直流湿地单元，病原微生物水平降低了1～2logs，水平流湿地单元为2～3logs。横向流动单元对菌体的影响不大。
3 结论
通过利用人工湿地-水生生物-土壤渗滤组合工艺来进行地下污水的回收利用，得到较好的出水水质。垂直潜流和水平潜流人工湿地复合系统，为硝化-反硝化脱氮，去除有机物质和吸附除磷提供了必要的环境。系统中的某些植物是有选择性地或使用基因工程处理过，以最大限度地提高其污水回收的潜力。该系统有效地去除了78％的总氮（TN）和97％的铵态氮（NH4+N）；总磷（TP）的去除效率为44％；有效地去除了总悬浮固体（TSS）（去除率57％）和生物需氧量（BOD）（去除率97％）。
参考文献
1 APHA，1992.Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater，17th ed.Washington，DC.
2 赵勇胜.地下水污染场地污染的控制与修复.长春工业大学学报（自然科学版），2007（1）
3 王胜虎. 垃圾场渗沥液对区域地下水污染程度和污染范围的研究.中国高新技术企业，27008（12）
4 刘海亚.浅谈地下水污染及其防治对策.污染防治技术，2010（06）
5 Lauer，W.，Rogers，S.E.，1996.The demonstration of direct potable water reuse: Denver’s pioneer project.Paper presented at Joint AWWA: WEF Water Reuse Cont.，San Diego，Calif.
6 House，C.H.，Broome S.W.，Hoover，M.T.，1994.Treatment of nitrogen and phosphorus by aconstructed upland-wetland wastewater treatment system.Water Sci.Tech.29（4）
7 Kickuth，R.，1984.Das Wurzelraumbverfahren in der Praxis.Landsch. Stadt.，16，pp
8 Vogt，D.，1995.North Carolina Environmental Indicators.State Center for Health and Environmental Statistics，DEHNR.
作者简介：路洪涛（1970～），男，河北省景县人，高级工程师，大学本科，主要从事环境影响评价与技术评估领域的研究与业务。
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