人工湿地污水处理论文范文第1篇
摘要：人工湿地作为一种新型生态污水处理技术，在实际应用中取得了快速发展。为了适应我国对这一技术的迫切需要，本文介绍了目前人工湿地污水处理的工艺结构、基本设计方法，阐述了人工湿地污水处理系统工艺设计的主要内容及存在的若干问题，并提出了开展人工湿地工艺设计研究的一些设想。
关键词：人工湿地;污水处理;工程设计
Abstract : As a new type of ecological wastewater treatment technology ,constructed wetland has been developed at a great speed in its application. In order to satisfy the urgent need of this technology in China ,the basic configuration , types and design methods of current wastewater treatment technology by constructed wetland are introduced ,and the main contents and problems of the process design of constructed wetland for wastewater treatment are summarized , and some research interests are proposed in this paper.
Key words : construced wetland ; wastewater treatment ; process design
1 引言
近年来，各种水处理技术在实际应用中取得了不断的发展，特别是作为二级处理的活性污泥法以其工艺相对成熟、运行稳定、处理效果好而成为城市污水处理的主流工艺，但传统的活性污泥不仅基建投资大，运行费用高，且主要以去除碳源污染物为目的，对氮、磷等营养物质的去除则微乎其微，经处理后的出水排入水体后仍将引起“富营养化”等环境问题。三级处理虽可解决上述问题，但因投资和运行费用昂贵而难以大面积推广。同时事实也说明，单纯依靠传统的人工处理方法在我国当前的情况下尚难以从根本上解决水污染问题，只能延缓其发展趋势。70年代以来，人工湿地处理技术的提出和发展，为综合解决上述问题提供了一种新的选择。
人工湿地是一种人工建造和监督控制的与自然湿地相类似的地面， 是人为地将石、砂、土壤等一种或几种介质按一定比例构成基质，并有选择性地植入植物的污水处理生态系统[1]。由于人工湿地具有处理效果好、建设和运行费用低、易于维护管理等优点[2,5 ]，因而受到世界各国的普遍重视，成为近年来发展较快的一种污水处理新技术[6]。
但是，由于人工湿地污水处理技术还处于开发阶段，尤其在我国人工湿地污水处理技术的发展及其应用时间还相对较短，还没有比较成熟的设计参数，其工艺设计也还处于试验阶段;人们对其的认识较少，加之存在许多亟待解决的问题，因而人工湿地的应有潜力未能得到深入挖掘。本文将在阐述人工湿地污水处理系统工艺设计的主要内容及存在的若干问题的同时，提出一些开展人工湿地工艺设计研究的设想和展望，以供广大环境保护工作者参考。
2 人工湿地的类型与工艺流程
人工湿地系以人工建造和监督控制的、与沼泽地相类似的地面，通过自然生态系统中的物理、化学和生物三者协同作用以达到对污水的净化。此种湿地系统是在一定长宽比及底面坡度的洼地中，由土壤和填料混合组成填料床，废水在床体的填料缝隙或在床体表面流动，并在床体表面种植具有处理性能好、成活率高、抗水性强、生长周期长、美观及具有经济价值的水生植物，形成一个独特的动、植物生态系统，对废水进行处理[7]。
人工湿地按污水在其中的流动方式可分为两种类型[7]：①自由水面人工湿地(简称FWS，或称地表径流型人工湿地)，②潜流型人工湿地(简称SFS)。FWS系统中，废水在湿地的土壤表层流动，水深较浅(一般在0.3～0.6m)。与SFS系统相比，其优点是投资省，缺点是负荷低。北方地区冬季表面会结冰，夏季会滋生蚊蝇、散发臭味，目前已较少采用。而SFS系统，污水在湿地床的表面下流动，一方面可以充分利用填料表面生长的生物膜、丰富的植物根系及表层土和填料截留等作用，提高处理效果和处理能力;另一方面由于水流在地表下流动，保温性好，处理效果受气候影响较小，且卫生条件较好，是目前国际上较多研究和应用的一种湿地处理系统，但此系统的投资比FWS系统略高。
人工湿地的工艺流程有多种，目前采用的主要有：推流式、阶梯进水式、回流式和综合式4种，如图1所示[7]。阶梯进水可避免处理床前部堵塞，使植物长势均匀，有利于后部的硝化脱氮作用;回流式可对进水进行一定的稀释，增加水中的溶解氧并减少出水中可能出现的臭味。出水回流还可促进填料床中的硝化和反硝化作用，采用低扬程水泵，通过水力喷射或跌水等方式进行充氧。综合式则一方面设置出水回流，另一方面还将进水分布至填料床的中部，以减轻填料床前端的负荷。实际设计中，人工湿地的运行可根据处理规模的大小进行多级串联或附加必要的预处理、后处理设施构成。这样的多种方式的组合，一般有单一式、并联式、串联式和综合式等，如图2所示[7]。在日常使用中，人工湿地还常与氧化塘等进行串联组合。
人工湿地污水处理系统一般包括前处理和人工湿地两部分。前处理一般包括化粪池、格栅、沉砂池、沉淀池、厌氧池和兼性塘等。直接将未经沉淀处理的污水引入人工湿地，虽然首级人工湿地的COD、BOD、SS的去除率高，但容易引起堵塞等问题，使维护费用增加。因此，将沉淀池或稳定塘作为人工湿地系统前处理是非常必要的。人工湿地一般工艺处理流程见图3[7]。
a c
b
d 图1 人工湿地的基本流程
a.推流式;b.回流式;c.阶梯进水式;d.综合式
a
c
b
d
图2 人工湿地的不同组合方式 a.单一式;b.串联式;c.并联式;d.综合式
图3 人工湿地一般工艺处理流程
3 人工湿地系统的设计
人工湿地污水处理技术还处于开发阶段，尤其在我国还没有比较成熟的设计参数，其工艺设计也还处于试验阶段。其设计受很多因素的影响，主要是：水力负荷、有机负荷、湿地床的构造形式、工艺流程及其布置方式、进出水系统的类型和湿地所种植植物的种类等。由于不同国家及地区的气候条件、植被类型以及地理条件各有差异，因而大多根据各自的情况，经小试或中试取得相关数据后进行设计[7]。
3.1 选址及污水量和污水水质的确定
在人工湿地修建前，先进行污水量的调查和污水水质分析，确定处理规模以及有关污染物的去除率，设计处理后污水必须达到国家规定的污水排放标准。然后，根据地质、地貌、水文、污水出口等自然状况以及市政规划等因素选定人工湿地地址。比如地形有一定自然坡度可减少开挖土方量，有利于排水、降低投资且减少对周围环境的影响;一般人工湿地应建在非洪涝灾害区或则需考虑修建相应的防洪措施;在房价较低地段修建可大幅度降低修建成本等。
3.2 植物的选择
人工湿地系统设计中，应尽可能增加湿地系统的生物多样性，以提高湿地系统的处理性能，延长其使用寿命。植物在碎石中为微生物提供场所，在整个湿地系统中占有重要的地位，因此应慎重选择。
总的来说，选择植物应该满足：(1)耐污能力和抗寒能力强，适宜于本土生长，最好以本乡土植物为主;(2)根系发达，茎叶茂密;(3)抗病虫害能力强;(4)有一定的经济价值。而常用的植物有芦苇、香蒲、大米草、美人蕉、水花生和稗草等，目前最常用的是芦苇。芦苇的根系较为发达，具有巨大比表面积的活性物质，其生长可深入到地下0.6～0.7m，具有良好的输氧能力。种植芦苇时，一般应尽量选用当地芦苇进行移栽，即将有芽苞的芦苇根分剪成10cm长左右，将其埋入4cm深的土中并使其端部露出地面。插植的最佳季节在秋季或早春，插植密度可为1～3株/m2。
3.3 填料的选用
湿地床由三层组成，表层土壤、中层砾石层和下层小豆石层。表层土壤可用当地表层土，优先选用钙含量为2～2.5kg/100kg的混合土，以利于提高脱磷效果。在铺设表层土时，要将地表土壤与粒径为5～10mm石灰石掺和，厚度为150～250mm。表层以下采用粒径在0.5～5mm的砾石或花岗岩铺设，其铺设厚度一般为0.4～0.7m，有时也采用粒径在5～10mm或12～25mm石灰石填料。进水配水区和出水集水区的填料常采用粒径为60～100mm的砾石，分布于整个床宽。由于表层土壤在浸水后会有一定的下沉，因此，设计的填料表层标高应高出期望值10%～15%[7]。
3.4 基本技术参数的确定
主要是确定污染物负荷、停留时间、水深和所需的土地面积等技术参数，污水的特性、地理位置、气候条件、人们的生活方式、经济和科技水平等均影响工艺参数的选择。基本技术参数见表1[7]。
表1 人工湿地基本技术参数
设计参数 单位 FWS SFS
水力停留时间 d 4～15 4～15
水深 ft 0.3～2.0 1.0～2.5
BOD5 水力负荷率
lb/acre.d <60 <60
Mgal/acre.d 0.015～0.050 0.015～0.050
面积 Acre/(Mgal/d) 67～20 67～20 注：ft×0.3048=m
lb/acre.d×1.1209=kg/hm2·d
Mgal/acre.d×0.9354=m3/m2·d
Acre/(Mgal/d) ×0.1069= hm2/(103m3/d) 3.4.1 基本几何参数的确定
在人工湿地的设计中，湿地的长宽比可按下列公式计算：
为保证废水以推流方式流经湿地，一般要求长度应>20m，长宽比L/W不应过大，建议控制在3∶1以下，常采用1∶1，对于以土壤为主的系统，L/W比应小于1∶1[1]。根据现有人工湿地的设计与运行经验，一般单个碎石床的长度<50m，宽度为25～30m，湿地床的深度一般根据水生植物自然根系的延伸程度来设计的，多数为0.6～0.7m。
3.4.2 FWS系统的设计[7]
由于废水在人工湿地中流动缓慢，故人工湿地通常可视作一级推流式反应器，稳态条件下可用以下反应动力学公式描述：
基于人工湿地的影响因素较为复杂，各国研究者对湿地床的尺寸提出了不同的计算方法。Reed建议FWS系统可用下列方程计算[8]：
Tchobanoglour建议，设计水温为T时，反应动力学速率常数可由下式确定[8]：
当湿地床的底坡或水力坡度不小于1%时，上述方程可调整为： 对床表面积As，Kaklec和Knight建议用下式计算：
初步设计时，k值可取34m/y，背景BOD5值可由下式计算：。FWS系统的有机负荷
随废水性质和条件变化很大，其范围在18～110kgBOD5(ha·d)。一般只作为设计校核的指标，它的控制对维持系统好氧状态及防止蚊虫、恶臭等非常重要。
FWS系统的水力负荷可达150～500m3/(ha·d)。在确定水力负荷的同时应考虑气候、土壤状况、渗透系数和植被类型等场地类型，还应考虑接纳水体的水质要求，尤其注意由于蒸发、蒸腾的失水量对夏季处理的影响及在干旱地区设计湿地的可行性[7]。在特殊情况下，要求湿地设计达到零排放时，湿地中的水主要通过蒸发、蒸腾、补充地下水或系统内回用等途径完成，这时水力负荷及水平衡计算是设计时需要重点考虑的问题。
3.4.3 SFS系统的设计[7]
1.湿地床坡度的确定。
在SFS系统中，水流有两种流态，层流和紊流。当湿地床中所用填料的粒径不大，污水充满整个填料缝隙并处于饱和状态时水流为层流，此时填料床的坡度可用Darcy公式计算[8,10]：
对于其中的渗透系数Ks，到目前为止尚无准确的测定，如果是以砾石为主的湿地床，欧洲人建议取10-3m/s，而美国的经验认为Ks不宜大于10-4m/s。
一般认为当湿地床中的渗流雷诺数Re大于1～10时，水流变为紊流，此时不宜用Darcy定律来描述了，尤其是当采用的填料粒径较大时，则需要考虑水流的扰动作用了。此时宜用Ergun公式来描述[8,10]，即：
2.湿地床表面积的确定。 湿地的表面积As可用下计算[8]：
式中KT与温度的关系为。据有关文献报道和实际试验，某一特定SFS系统的K20与床
体填料的孔隙率n有关，关系式为，对典型城市污水取K0=1.839d -1，高浓度有机工业废水
K0=0.198d -1。
英国人Kitkutb推荐用下列公式计算表面积：
。 附-符号说明：
Ac，As—湿地床的横截面积，表面积，m2; Se，So—进水、出水BOD5，mg/L; Q—平均设计流量，m3/d; Ks—渗透系数，m3/(m2·d);
K20，KT—温度20℃，T℃时的速率常数，d-1;
Ko—某一填料中植物根系充分发展后的最佳速率常数，d-1; L—湿地床长度，m; W—湿地床宽度，m; D—湿地床深度，m; S—底坡或水力坡度。
由上述各式，即可确定湿地床的基本尺寸。湿地床长度通常定为20～50m，过长易造成湿地床中的死区，且使水位难于调节，不利于植物的栽培。床横截面面积与温度、有机负荷无关，只受填料的水力学特性影响。在借鉴有关经验的基础上人们建议，通过填料横截面的平均流速Q/Ac以不超过8.6m/d为宜，以避免对填料根茎结构的破坏。
3.湿地床深度的确定。
湿地床的设计深度，一般要根据所栽种的植物种类及其根系的生长深度来确定，以保证湿地床中的必要的好氧条件。对于芦苇湿地系统，用于处理城市或生活污水，湿地床的深度一般取0.6～0.7m;而用于较高浓度有机工业废水的处理时，湿地床的深度一般在0.3～0.4m之间。为保证湿地深度的有效使用，在运行的初期应适当将水位降低以促进植物根系向填料床的深度方向生长，湿地床的底坡一般在1%或稍大些，最大可达8%，具体应该根据填料性质及湿地尺寸加以确定，如对以砾石为填料的湿地床，其底坡一般可取2%。表2[7]为深圳白泥坑人工湿地系统各单元的设计参数。
表2 深圳白泥坑人工湿地系统各单元的设计参数 项目 单元 长/ 个数 m
宽/ m
碎石粒径/ 碎石层厚/ mm
cm
池底坡度/ %
水力负荷/ (m3/m3·d)
第一级 3 42 11-12.5 10-50 40-100 1，1.5，2.0 95.4
第二级 2 47 18.5 10-30 50-120 2.0，3.0 95.4
第三级 3 30 19
150 0 (停留4天)
第四级 3 54 19 5-10 60-100 0.5，1，1.5 100.7
3.5 进出水系统的布置
湿地床进水系统的设计应尽量保证配水的均匀性，一般采用多孔管或三角堰等。多孔管可设于床面上或埋于床面以下，埋于床面下的缺点是配水调节较为困难。多孔管设于床面上方时，应比床面高出0.5m左右，以防床面淤泥和杂草积累而影响配水。同时应定期清理沉淀物和杂草等，保证系统配水的均匀性。系统的进水流量可通过阀或闸板调节，过多的流量或紧急变化时应有溢流、分流措施。
湿地出水系统的设计可采用沟排、管排、井排等方式，合理的设计应考虑受纳水体的特点、湿地系统的布置及场地的原有条件。为有效地控制湿地水位，一般在填料层底部设穿孔集水管，并设置旋转弯头和控制阀门。对严寒地区，进、出水管的设置须考虑防冻措施，并在系统的必要部位设置控制阀和放空阀。
3.6 湿地的水位控制
通常，湿地进水的水位是不变的，为使污水在床体内以推流式流动，须对床层的水位加以控制。通常，SFS系统对水位的控制有几点要求：①在系统接纳最大设计流量时，湿地进水端不出现雍水，以防发生表面流;②在系统接纳最小设计流量时，出水端不出现填料床面的淹没，以防出现表面流;③为了利于植物的生长，床中水面浸没植物根系的深度应尽量均匀，并尽量使水面坡度和底坡基本一致[7]。当出水端控制水面时，床堤的底坡选择对工程造价和水流流态有较大影响。因此，湿地床的底坡应尽可能地与床体的水面线坡度一致，且湿地床的长度不宜过长，过长易增加植物浸没深度的不均匀性，同时水流易形成大片的死区，将增加出水端水位控制的难度。
3.7 防止地下水污染
为防止湿地系统因渗漏而造成地下水污染，要求在工程时尽量保持原土层，并在原土层上设置防渗层。防渗层的设置方法有多种，如采用厚度为0.5～1.0mm的高密度聚乙烯树脂，或油毛毡密封铺垫等，为防止床体填料尖角对薄膜的损坏，施工时可在塑料薄膜上预铺一层细砂。
4 存在的问题与研究设想
在我国，人工湿地污水处理技术还处于开发阶段，还没有成熟的设计参数，工业设计也还处于试验阶段，其中存在的很多问题都有待研究和解决。
4.1 存在的问题
人工湿地污水处理技术中存在的问题可以概述如下：
(1)人工湿地的基质种类比较单一，只有土壤、砾石和沙等几种，难以处理特殊污染物的水体，而且基质中的某些化学组成还可能抑制水体中某些污染物的去除。
(2)人工湿地植物种类单一，常用的湿地植物主要为芦苇、菖蒲、香蒲等挺水植物，实际应用中只选用其中的一种或几种植物，这样必然影响系统的处理效果。
(3)关于人工湿地去除污染物机理的研究虽然取得了很大的进展，但总体上看还无法为其工艺设计提供有力的理论指导，有待进一步深入，特别是对水体中主要污染物如N、P 元素及重金属元素的去除机理尚不十分清楚。
(4)污水在人工湿地中运行情况相当复杂，给人们对其水力学特征的研究带来了很大困难，一些工艺参数只能依据实践经验，因而导致了系统水力学设计不合理，出水效果不理想。
人工湿地污水处理论文范文第2篇
一、人工湿地污水处理技术内涵
人工湿地从一开始就是为污水处理而提出[1]。是对自然湿地的模拟, 用人工建设与管理的方法, 在一定范围的洼地中将砂石、土壤等介质按照要求的比例配制填床料, 然后选择性植入相应的植物, 这样就构成了一套污水处理机制。因此人工湿地中需要有三部分组成, 分别是人工基质、微生物以及水生植物, 人工基质主要服务于微生物生长, 提供稳定环境, 也是水生植物生存的主要载体, 为水生植物提供生长所需必要的营养, 通过化学以及物理方法将污水中的有害物质吸附, 同时将氧气输送到相应根区。微生物主要是利用代谢作用, 在污水流动中起到降解有机污染物的作用, 同时微生物本身通过相互联系建立起一个稳定的系统。废水会通过人工基质的间隙在人工湿地中流动, 床表面会种植一些既有污水处理性能又有一定审美价值的水生植物, 植物的根系可以实现氧气的传递。
二、人工湿地污水处理技术在城市建设的应用分析
(一) 生态型的应用
生态型应用中包括两项内容[2]。一方面是对城市污水的净化处理, 另一方面则是环境工程。人工湿地本身可以说是一个大环境, 那么就可以包括很多细节的功能, 人工湿地的运作中需要用到化学、物理以及生物的功能, 因此人工湿地要比以往工厂型的污水处理更具备优势, 首先就是污水处理的成本更低, 大约数污水处理厂投入成本的一半, 而且人工湿地具备后者并不具备的生态效益, 可以让当地的生态系统得到有效修复, 例如洱海的生态改造中, 加入了人工湿地, 让藻类的泛滥得到了有效的改善, 同时让整个流域生态环境得到了提升。
(二) 潜流型的应用
所谓潜流型, 也就是借助水在各类介质中的潜流作用[3]。对城市污水进行净化处理, 潜流型湿地中, 常用的材料其实就是城市中并不罕见的砂石、碎石或者鹅卵石, 这样就可以组成数个潜流池, 这些材料可以在潜流池中形成多孔隙通道, 在潜流池中种植相应的植物, 对城市污水实现深层净化。这种类型的人工湿地主要优势就是污水处理更加高效, 同时并不在水中滋生蚊虫, 也不会散发出恶臭的气体, 但是这种类型的湿地也有着明显的缺陷, 那就是成本很高, 在建造以及维护中需要投入大量的资金, 同时也会受到气候的影响。
(三) 表流型的应用
这种人工湿地主要是应用表流型技术, 通常是别用于中小城市中, 表流型技术中主要包括水体沉淀、气体氧化以及生物净化, 缓慢的水体在人工湿地中漫流, 这样可以对污水进行净化处理, 这种技术与潜流型不同, 其成本非常低, 在中小城市中是比较合适的, 但是其技术缺陷也是同样明显。首先就是应用该技术会受到季节的严重影响, 例如夏季降雨或者冬季的寒冷, 会影响污水处理的效果, 另一方面也是非常关键的, 就是表流型技术实际上对污水的净化并不彻底, 通常需要在湿地下方铺设防水材料, 否则会对地下水造成一定的污染。
三、人工湿地污水处理技术在城市建设应用中应该注意的问题
(一) 人工湿地淤塞方面
人工湿地本身对污水有着沉降、节流的效果, 在长期的工作中, 也产生污泥淤积, 或者是水体流通出现问题导致的栓塞。这就是人工湿地运行中容易产生的淤塞现象, 而这种现象会严重影响湿地的正常运行, 同时由于需要对淤塞进行疏通, 还需要投入一部分维护管理资金, 在建设中需要结合城市规划, 优化填料结构, 让湿地中水体流动更具有速度, 同时在适当的时候可以对污水进行减排, 这样可以防止出现淤塞问题。
(二) 规划与投入方面
目前人们已经意识到, 人工湿地对于城市建设的重要性, 所以在人工湿地的规划中希望尽可能扩大, 但是有一处不足就是投入问题, 投入不足导致无法达到理想的建设速度, 同时也会影响工程质量, 所以会影响人工湿地发挥出原本的污水净化功能, 也会对市政建设造成不良的影响, 加重经济负担。这就需要用合理的策略对人工湿地进行规划, 保证建设投入。
(三) 人工湿地工程单一性方面
目前国内已经普遍意识到人工湿地各方面的性能与优势, 而在北方城市中若是建设人工湿地, 会具备更加明显的效益, 而人工湿地已经呈现出一种建设的热潮, 很多时候建设出的是单一类型的工程, 若是在各地城市中建设的人工湿地是同样的类型, 很多时候是无法满足城市建设需求的, 这时需要借鉴国外的一些建设方法与理念, 人工湿地具体的建设规划需要结合当地的实际情况, 让人工湿地服务于城市发展, 这样构建出的人工湿地才是具备生命力和效益性的, 为城市健康发展提供必要的助力, 改善城市水环境。
结语:总之, 人工湿地在城市中的建设需要注意很多问题, 具备的功能与原理是需要明确的, 同时建设阶段结合城市具体的发展需求, 未来城市建设中, 必然要充分发挥人工湿地的作用, 那么就要将人工湿地与生态城市有机结合起来, 可以将人工湿地看成是发展系统的一部分, 对人工湿地的价值进行充分开发。
摘要：自人类社会进入到工业时代, 经济与科技处于快速发展状态中, 人口增加的同时, 人们生活条件也在改善, 但由于工业发展对环境造成的伤害, 如今环境污染已经为人们生活带来危机, 其中水环境又是最关键的改善内容, 因为水资源对于人类发展是最重要的, 人工湿地则是其中非常具有影响力的尝试, 人工湿地对建设生态城市具有重要作用, 这种方式让污水处理与城市环境改善可以同步进行。本文研究的就是在城市建设中, 如何有效应用人工湿地进行污水处理, 希望可以对城市发展起到推动作用。
关键词：人工湿地,污水处理,城市建设
参考文献
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人工湿地污水处理论文范文第3篇
人工湿地主要由透水性的基质 (如土壤、砂、砾石等) 、流动的水体、植物、动物和微生物五部分组成, 是一种简单、低耗、高效并具有高度环境友好性的污水处理生态工程。国外已经有不少将人工湿地成功应用于油田污水净化的实例。我国从8 0年代末开始了对人工湿地净化石油污水的相关研究, 探索了人工湿地植物对污水中各种污染物的净化效果。人工湿地基于自然生态系统中的物理、化学和生物的三重协同作用来实现对污水的净化作用。尤其对复杂有机物的净化有其他技术无法比拟的优势。
1 油田污水特性
油田污水是在石油的勘探、开采、炼制的一系列过程中产生的工业污水。油田污水以含有大量油类、有机物为主要特点, 成份非常复杂, 不同于一般工业废水。
采油污水主要由浮油、分散油、乳化油、胶体溶解物质和悬浮固体等组成。钻井污水中主要污染物是悬浮物、铬、酚和油等, 且钻井污水中还含有大量难以处理的CO D。炼油废水其主要污染物由油、硫化物、酚等组成, 含油量可高达数千 (mg/L) , 低的只有10mg/L左右。
油田污水的特点如下: (1) 水温高:一般水温在40℃~60℃; (2) p H值偏碱性:p H值一般在7.5~8.5之间; (3) 溶解氧DO含量低, 无法满足生化需求; (4) 矿化度高:含盐量通常在10000~40000mg/L, 氯离子通常在3000~20000mg/L; (5) COD高, 且难降解。BOD5/COD值异常偏低, 可生物处理性差; (6) 含一定浓度的硫化物, 以及一些其它杂质如悬浮物、泥砂及聚合物。
处理后的油田污水检测指标主要有:p H、CODcr、BOD5、石油类、悬浮物、氨氮、挥发酚、硫化物。通常COD的达标排放是个难点。这是由于在原油开采过程中投加了用以改善采出水性质的各种化学药剂, 且化学药剂的投加种类、性质和数量变化非常大, 而大部分是生物难降解的, 废水中的各种化学添加剂十分稳定和对难降解COD具有直接贡献。
对这种废水通常采用隔油、浮选、过滤等物理化学方法处理后回注地下或通过二级生化处理达标后排放。但由于油田污水性状过于复杂, 生化处理 (如活性污泥法) 有时也难以使其达到排放标准, 受经济条件的限制也难以使用更昂贵的技术对其进行治理, 而使用人工湿地则从净化效果和费用成本上较其他现有方法具有优势, 可更好地解决采油污水的达标排放问题。
2 人工湿地净化机理及国内外进展
2.1 净化机理
人工湿地是由水-基质-植物-微生物组成的复合体系。其净化作用是物理沉积、化学反应和生化反应的综合作用。含油污水经过湿地系统的吸附、过滤、沉降和生物降解, CODcr、BOD5、石油类、硫化物、挥发酚等主要指标的浓度急剧降低, 可达到较高的处理效率。
人工湿地的基质层是处理污水的核心部分。自由表面流型一般直接采用土壤和植物根系构成基质层, 地下潜流湿地一般采用砾石填料和土壤或砂构成基质层。基质层的作用有: (1) 提供水生植物生长所需的基质; (2) 为污水在其中的渗流提供良好的水力条件; (3) 为微生物提供良好的生长载体。
污水一进入湿地流速就明显变缓, 首先, SS由基质层填料和植物根系的阻截、过滤沉积在湿地中。湿地系统对SS的去除率表现稳定, 一般在86%左右。随后, 污水净化的主要过程在基质层中进行。基质层中含有大量的植物根系和微生物, 植物根区是人工湿地发挥净化功能的主要场所。早在20世纪70年代, 德国学者Kickuth提出的根区法理论认为:植物根系可对污水中的营养物质进行吸收、富集, 而根区附近丰富的微生物群落更可以通过其旺盛的代谢活动利用污水中的物质, 将其降解、转化。研究已证明湿地中生长的芦苇、香蒲等湿生维管束植物能将空气中的氧气通过疏导组织输送到根部, 在根区附近形成局部富氧区域, 利于好氧菌的生长代谢。而在离根系远的土壤中溶氧较低, 有许多种厌氧菌和兼性菌生存。这就使人工湿地床体成为一个好氧/缺氧/厌氧反应器, 相当于许多串联或并联的A2/O处理单元, 它能够降解去除多种多样的有机污染物。这是其他污水处理系统所无法比拟的。
植物根圈与微生物之间存在相互作用。植物渗出的可溶性有机和无机物质为微生物生长提供了基质, 使根际微生物的数量和活性明显高于非根际带。植物能提供可利用的补充碳源来促进根际微生物的生长, 增加土壤微生物的种群总量。而土壤微生物通过在根圈内吸收、积累、代谢和生物迁移刺激污染物的去除。这一植物微生物相互作用的结果尤其对难降解有机污染物的生物降解具有重要意义。
湿地对有机物的去除主要是靠微生物的作用。藻类、水生植物、水生动物等都能够一定程度地降解石油烃, 但主要的降解生物仍是细菌、真菌等微生物。事实上, 在合适的条件下, 微生物几乎能降解所有的石油烃。在污水处理过程中, 人工湿地床体可被视为一个复杂的微生物反应系统。湿地系统成熟后, 填料表面和植物根系由于大量微生物的生长而形成生物膜。废水流经生物膜时, 不溶性有机物通过湿地的沉淀、过滤作用, 可以很快被微生物利用;可溶性有机物则可通过植物根系生物膜的吸附、吸收及生物代谢降解过程而被分解去除。
人工湿地是兼有基质过滤、植物吸附、污染物共沉淀、离子交换等物化作用和植物吸收、微生物代谢、植物代谢等生物化学作用的复合高效净化系统。按传统理论, 若原污水BOD5/COD值不足0.3, 则很难采用生物法降解, 但人工湿地系统在这种情况下仍表现出了对有机污染物较高的去除率, 是由于湿地系统的床体 (在其中有物理、化学和生物学作用) 和植物的共同作用, 使各自的净化效能加合在一起达到了更高水平的缘故。
2.2 应用及净化效果
2.2.1 国外进展
国外许多先进工业国家在八十年代就尝试用人工湿地对二级处理后的污水进一步处理, 以满足再利用的需求, 使排放水质更好。O.Rambeau等认为, 适当处理的油田污水在食物链之外的回用可作为回注以外的另一种处理方法, 还可以保护水源。在含5 5m g/L油量的进水条件下, 经过2个芦苇床装置后, 去除石油烃的效率在99%以上。大多数情况下 (83%的样本) 中, 都检测不到石油烃。经过4个芦苇床后, 96%的样本中检测不到烃。Salmon (1998) 证实, 在100mg/L含油量的进水条件下, 石油烃去除率能达到90%。以下为部分将人工湿地成功应用于油田污水处理的实例。
美国:加利福尼亚州Chevron Richmond炼油厂从1989年开始, 分两个阶段分别建设了两个12.14hm2大小的湿地工程, 在进行炼油厂污水净化的同时, 给各种水禽和岸禽类提供了栖息地。Chevron Richmond炼油厂湿地稳定运行的关键在于控制污水负荷, 恰当的运行管理是优化稳定运行、提高出水水质和能够提供生物栖息地的关键。
哥伦比亚:Kelt石油公司应用以芦苇为基础的根区过滤系统去除采出水中污染物, 芦苇根区吸收分解污染物, 处理后水用于灌溉稻田。该系统建立在河流众多、高地下水位、对污水敏感的Casanare草原地区, 得到了生物技术研究和发展公司Tr ans For m的帮助。该公司称:一年后该系统能去除90%的苯酚污染物, 三年后发挥全部效果, 并且SS、COD、Phenolics都有不同程度的下降。
苏丹:1/2/4油田污水处理系统中, 油田污水经过一级沉降和降温池以后进入一个宽125米, 种有6.5万株芦苇的植物降解池。处理后的污水经过灌溉池和循环系统, 进入植物种植区被用来灌溉植物, 处理后的污水指标包括CODcr、BOD5、含油量、悬浮物、总溶解盐量等已经完全符合《世界粮农组织关于农业灌溉水质标准》要求及苏丹本国农业灌溉水质标准。
巴基斯坦:2003年, 为了推进人工湿地在巴基斯坦工业废水处理中的应用进程, 开展了一系列评估将人工湿地应用于净化炼油废水的可行性研究。在种植了P h r a g m i t e s k a r k a (卡开芦) 的垂直流湿地进行了一年的处理实验发现, 最初净化效率较低, 但随着植物的生长和生物膜的形成, 净化效率逐渐提高。
2.2.2 国内进展
国内也在这方面进行了不少相应的探索。
早在20世纪80年代, 吴玉树、吴振斌、郑师章等就已经对凤眼莲、芦苇等水生植物对石油化工废水的净化能力进行了研究, 研究表明它们对氨氮、酚、芳烃、油及硫化氢均有较明显的净化作用。90年代初, 卢显文等研究发现利用香蒲、菖蒲建立的湿地系统对炼油污水有很好的净化能力, 指出人工湿地系统是解决炼油废水深度处理的一种有效途径。湿地系统对COD的平均去除率为21.0%, 全年对COD平均去除率达31.9%, 且香蒲、菖蒲的净化效果好于凤眼莲。
2000年以后, 国内的应用和研究较之前有了进一步的深入, 有了不少成功将人工湿地在油田应用的实例。
胜利油田桩西采油厂在隔油沉淀池无法使油田污水出水水质达标的基础上, 因地制宜, 将天然芦苇湿地改建为芦苇氧化塘, 对外排污水进行二级处理。芦苇氧化塘出口水质中主要污染物全部达标, CODcr总去除率为34.05%、石油类去除率85.30%、BOD5去除率78.40%、硫化物去除率99.7%, 挥发酚的去除率为42.05%, 污染物治理效果比较理想。
新大采油厂采用工厂化处理工艺与人工湿地相结合的工艺处理路线, 即气浮除油+生物氧化+人工湿地处理的处理模式, CO D去除率86.8%, 石油类去除率83.8%。该工艺已被证明系统稳定可行, 具有较强的耐冲击负荷能力, 出水达标排放。证明人工湿地是一种经济可靠的二级处理模式。
籍国东等从中试水平对人工湿地对油田污水的净化效果、机理以及运行参数进行了一系列探索。研究表明, 矿物油向土壤深层迁移对土壤的影响一般不会超过40cm。矿物油对深层湿地土壤理化性质无显著影响。在辽河油田某采油厂采用自由表面流芦苇湿地处理超稠油废水的研究中, 当芦苇床的水力负荷为3.33cm/d时, 对于超稠油废水去除率分别为:COD83.18%, 石油类9 4.86%, BO D5 88.3 7%, T N8 8.36%, p H值由7.87降至7.7 7。处理后的超稠油废水对土壤的污染并不明显, 对芦苇的生长和材质指标几乎没有影响。在辽河油田某采油厂另一人工潜流湿地由3个面积各为900m2的芦苇床组成, 平均布水量分布为6m3/d、18m3/d和30m3/d。经潜流湿地处理后污染物分别减少了:COD67.25%~80.77%, BOD580.02%~89.05%, 石油类78.00%~88.45%, TN75.32%~82.43%。两种人工湿地都表现出出水水质稳定、耐冲击负荷强, 被认定为是一种经济有效的油田污水处理方法。
籍国东等的在落地原油的净化试验中, 芦苇湿地对不同施入剂量的落地原油都表现了较好的净化率, 在试验运行期内, 芦苇湿地对矿物油的净化率高达88%~96%。落地原油一方面抑制芦苇的叶龄指数和株高生长量, 另一方面又能刺激芦苇的长粗、增加芦苇的生物量。冷延慧等的研究表明, 如果湿地水体中石油类污染物的浓度小于3mg·L-1、土壤中石油浓度小于500mg·L-1, 石油会刺激芦苇的生长。采用芦苇湿地生态工程净化落地原油是保护油田开发地区土壤环境和湿地自然保护区的有效方法。
另外, 何良菊等对辽河油田石油污染的土样进行了细菌的分离、鉴定研究。研究表明, 石油降解菌主要是微球菌 (Micrococcus sp.) 、黄杆菌 (Flavobac-terium sp.) 、假单胞菌 (Pseudomonas sp.) 和无色杆菌 (Achromobacer sp.) , 研究表明该混合菌降解能力比单株菌好。李科德等通过研究认为假单胞杆菌属 (Pseudomonas) 、产碱杆菌属 (Alcaligens) 和黄杆菌属 (Flavobacterium) 都是快生型细菌, 而且大多含有降解质粒, 因此推断它们在有机污染物的分解代谢中起着十分重要的作用。
3 人工湿地法的优势及存在问题
3.1 优势
利用人工湿地处理油田污水符合污水生态处理技术, 即运用生态学原理, 采用工程学方法, 使污水无害化、资源化, 是污水中污染物治理与水资源利用相结合的方法。它能对污水中的水、肥资源加以利用符合循环再生原理和和谐共生原理。
与传统的污水处理技术相比, 人工湿地具有以下优点: (1) 若设计合理, 其处理稳定、有效、可靠; (2) 投资费用低; (3) 能耗低甚至无能耗, 运行费用便宜; (4) 适宜对与小流量或间歇排放污水的处理; (5) 其外观优美; (6) 过剩的芦苇可作为造纸原料创造收益; (7) 还可以作为生物栖息地, 兼具生态效益和景观效益。
如果把人工湿地和较为常用的微生物处理法的经济性相比较, 以芦苇氧化塘为例:芦苇氧化塘的运行管理费用仅为生物膜法的1/4~1/5, 仅为普通活性污泥工艺的1/4~1/2, 同时, 芦苇塘系统中每年的芦苇收获也具有可观的经济效益, 基本可收回每年的人工费用, 因此, 其运行成本更低。
以吉林新大采油厂为例, 工厂采用人工湿地处理采油污水, 与传统二级生化处理相比较, 尽管占地面积增加100%, 节省一次投资80%、运行费用92%、人工湿地产量20000~30000kg/hm2, 每年湿地可产100t芦苇, 可以抵消低廉的运行费用。
3.2 问题与策略
(1) 高COD是油田污水的特征之一, 而COD的去除率与植物长势关系密切。一般在植物生长旺期 (8月) 达到最高, 但如在冬季进入高COD污水, 则出水水质会因为植物的净化能力减弱而大幅下降。致密的植物可以在冬季寒冷季节起到保温作用, 减缓湿地处理效率的下降。在华南地区, 尽管湿地植物的生长季节可贯穿全年, 但湿地植物也易受降温和大风的侵袭形成寒害。
(2) 油田污水温度高且溶解氧低, 在进入湿地前最好采取降温增氧措施, 包括降温明渠、出水回流、曝气装置等。
(3) 湿地系统被截留的悬浮物在湿地中存在积累现象。另外还有微生物量的增长, 二者都会使基质层的渗流能力逐渐下降, 最终造成堵塞, 使湿地处理能力下降。同时, 有机物的不断积累会逐渐向湿地出口移动, 最终影响出水水质。专家建议增加干化期, 使污泥通过堆肥作用自行降解。
(4) 机理的复杂性问题。由于其所涉及机理的复杂性和领域的广泛性, 虽然有些机理研究已经得到初步的认可, 但是仍有许多问题需要进一步研究。比如, 目前各种污染物的去除反应动力学模型仍未完整地建立起来, 现有的模型基本为一些经验模型而无法得到广泛的应用。
(5) 湿地系统投入使用后缺乏长期连续的动态检测, 不能获得全面可靠的运行参数。而且对系统的后续运行管理研究不足, 使湿地系统的工作效率下降很快, 正常工作期限缩短。只有加强对人工湿地后续运行、管理优化模式的研究, 才能促进其健康、稳定、持续运行。
(6) 加强对湿地植物和微生物等生物因素的研究, 有助于确定并提高进水负荷。如利用基因工程和生物技术, 筛选超积累、高耐性修复植物和具有特异降解功能的微生物进入处理系统, 构成强化式生态处理系统。
4 展望
人工湿地污水处理技术是一项非常适合我国国情的技术, 在我们这样地域辽阔、经济、技术发展水平不高、能源短缺、城镇环境污染已经相当严重的国家, 人工湿地有着极其广阔的应用前景。尽管人工湿地在油田污水处理方面应用还较少, 技术还不成熟, 需要积累运行管理经验。作为一种新兴的污水生态处理技术, 其高效低耗的优势不容忽视。就目前而言, 我国的经济发展水平还很低, 同时存在能源缺乏的问题, 同时, 我国拥有大量的次生芦苇沼泽, 在这些地区建设芦苇人工湿地, 不仅不存在占地问题, 而且是沼泽地合理开发利用的一种途径, 具有较大的环境效益和一定的经济效益。虽然目前人工湿地技术在我国还一定程度缺乏相应的技术和管理人才, 但是经过不断的基础研究和实践积累, 人工湿地技术将更好地在净化油田污水方面得到推广应用。
摘要：油田污水高温高含烃, 成分复杂, 可生化性差, 普通污水处理法难以达标。人工湿地利用物理、化学和生物的三重协同作用来实现对污水的净化, 对复杂的油田污水有较强的降解能力。近年来, 国外已有在净化油田污水上的成功应用。我国部分油田也在尝试将人工湿地运用于油田污水的净化, 对人工湿地净化油田污水的效果进行了研究。综述了人工湿地处理油田污水的机理以及国内外已有的各个净化系统取得的处理效果, 提出了当前人工湿地在油田污水净化中存在的问题和相应的对策。
关键词：人工湿地,油田污水,石油烃,芦苇
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人工湿地污水处理论文范文第4篇
摘要：针对湖北省十堰市百二河沿途农家乐污水的水质特点，从当地水质规划要求出发，结合当地实际设计基于分散式生活污水处理方式的人工快渗-人工湿地-复合浮岛组合工艺对其进行处理。考察该组合工艺稳定运行过程中对化学需氧量（COD）、总氮（TN）、铵态氮（NH+4-N）和总磷（TP）的去除效果及各工艺对水体中污染物的去除贡献率。结果表明，该组合工艺对百二河流域周边农家乐生活污水处理效果较好，对COD、NH+4-N、TN、TP 的平均去除率分别为86.2%、88.3%、91.1%、89%，系统的抗冲击能力较强，出水的COD、NH+4-N浓度、TN浓度、TP浓度达到GB3838—2002《地表水环境质量标准》的Ⅳ类标准，是一种较好的组合工艺。这为百二河流域地区处理农家乐生活污水提供了重要的借鉴和参考。
关键词：人工快渗；人工湿地；复合浮岛；生活污水；污水处理
收稿日期：2016-01-15
基金项目：国家水体污染控制与治理科技重大专项（编号：2012ZX07205-002）。
作者简介：孙鹏（1987—），男，山东海阳人，博士研究生，主要从事水污染控制技术研究。E-mail：piaofeixue_sp@163.com。
通信作者：崔康平，男，博士，教授，主要从事水体污染控制研究。E-mail：cuikangping@163.com。湖北省十堰市百二河作为丹江口水库重要的汇水河流，其水质是否安全直接威胁到下游作为水源地的百二河水库及神定河的水质。由于该地区经济发展相对落后，居民环保意识不强，基础污水处理设施缺乏，导致百二河沿岸大量农家乐生活污水未经任何处理直接排入河道，同时，按照南水北调中线输水工程的水质要求，当前该地区执行的污水排放标准与水源区规划目标水质落差很大，该地区的水污染控制和水质保障形势非常严峻。因此，采取有效措施开发一种低成本生态处理系统治理分散的农家乐生活污水对于保障水质的安全十分必要。针对该地区农家乐生活污水的特点及单一的生态处理系统效率不高、抗冲击性较弱等问题，提出人工快渗-人工湿地-复合浮岛的组合处理工艺。人工湿地和复合浮岛都是目前生态处理技术领域的研究热点，具有造价低廉、运行费用低、维护简单并具有较好的景观效益等优点，已经被广泛应用在不同水体的治理当中[1-8]。但是由于生态处理的效果受到植物生长状况及气温等因素影响较大，因此对进水水质和水量的要求较高，而人工快渗处理系统（CRI）采用渗透性能良好的天然介质作为主要渗滤材料代替天然土层，提高了水力负荷的同时使系统抗冲击性更强、更稳定[9-10]。因此，将CRI和生态处理方法结合，实现优势互补，形成抗冲击强、处理费用低、处理效果好的协同处理新工艺，以期为更广大地区的水质改善提供实践经验和技术支撑。
1材料与方法
1.1试验工艺设计及水质
本研究采用人工快渗-潜流人工湿地（简称SSF）-表面流人工湿地（简称FWS）-复合浮岛（简称AFB）组合工艺进行农家乐污水处理。其中，人工快渗设计尺寸为6座2 m×1 m×2 m的处理池；潜流湿地设计尺寸为15 m×4 m×1.5 m，表面种植菖蒲、美人蕉；表面流湿地设计尺寸为15 m×4 m×1 m，水面种植水葱、再力花、梭鱼草等植物；复合浮岛设计尺寸为15 m×4 m×2.5 m，其上种植菖蒲、美人蕉、千屈菜等，下面悬挂有弹性填料和组合填料；设计的HRT为 7 d。组合系统中CRI按照湿干比1 ∶ 5交替运行，湿地系统和复合浮床则是连续运行。组合工艺流程见图1。
试验于2014年4—10月在十堰市百二河流域某地区沿岸中试基地进行。试验水体收集于百二河沿途农家乐生活污水，水质水量季节差异较大。本研究用水的进水质：化学需氧量（COD）130～310 mg/L，总氮（TN）、氨态氮（NH+4-N）、总磷（TP）浓度分别为15.6～28.5、9.8～19.1、1.4～5.2 mg/L。
1.2数据采集处理与分析
每月采集各处理单元出水水样4次，分析其中的COD、NH+4-N浓度、TN浓度、TP浓度等理化指标。水质指标TN、TP、NH+4-N浓度和COD的测定根据《水和废水监测分析方法》（第4版），TN采用碱性过硫酸钾消解紫外分光光度法测定，TP浓度采用钼酸铵分光光度法，NH+4-N浓度采用纳氏试剂分光光度法，COD采用重铬酸钾法。试验数据为“x±s”，采用Excel和SigmaPlot 12.5 软件进行处理分析。
2结果与分析
2.1水体中COD的变化
系统启动初期，水质波动较大，主要因为处理初期各部分处理单元内部微生物种类和数量不足，而微生物降解是去除污染物的主要方式。经过1个月左右的启动运行，各滤层介质中的微生物种类和数量趋于稳定，对污染物的降解作用大大增强，同时也提高了生物膜及介质内部的生物絮体对污染物的吸附和截留[11]，系统的出水水质达到稳定，开始连续正常运行。每月采集各处理单元出水4次，本次研究采用5月、8月、10月3个具有相对代表性的时间段进行各单元出水的水质分析。
污水中的COD可以通过微生物降解、植物根际截留、物理吸附等形式去除，其中以微生物降解为主[12-13]。其过程受水温、溶氧量、微生物种类和数量等因素影响，发生厌氧溶解、缺氧降解和好氧降解反应。系统进水的COD为163～260 mg/L，水质差异性较大，是由于农家乐经营特点决定的。夏天（8月）人流量最大，导致用水量最大，水质也最差，COD平均为260 mg/L，5月和10月则相差不大，人流量相差不大，此时气候处于转折节点，测得进水的COD平均为178、163 mg/L。由图2可知，出水的COD为21.67～28.33 mg/L，3个季节的出水均比较稳定，达到GB 388—2002《地表水环境质量标准》的Ⅳ类标准。5月的去除率为84%，8月最高，达到91%，10月最低，为82.6%。可能是由于温度较低，微生物活性及植物活性均较其余月份低所致。对各处理单元进行分析可知，CRI对COD的去除贡献较大，去除率为51%～57%，潜流湿地去除率为11%～19%，表面流湿地为8%左右，复合浮床为12%左右。后续处理单元的植物和浮床生物膜均长势较好，复合浮床中填料的设置显著增加了系统内部微生物的数量和种类，强化了微生物与植物之间的协同作用，保证了系统出水的稳定性，最终得以达标排放。
2.2水体中氮素的浓度变化
氨氮以游离NH3和NH+4形式存在，是有机氮化物氧化分解的第1步产物，是水体受污染的一个重要标志，NH+4-N的去除主要通过挥发、吸附、植物吸收和微生物硝化作用去除。由图3可知，系统进水的铵态氮浓度为12.17～17.03 mg/L，最终出水浓度为1.43～1.77 mg/L。出水浓度达到GB3838—2002《地表水质量标准》的Ⅳ类标准。去除率最低为5月86.2%，最高为8月91.6%。CRI系统的湿干比为1 ∶ 5，具有较高的富氧效率，在基质内部落干期硝化细菌活性高，对铵态氮具有较高的去除效率，去除率为45%左右。然后进入潜流湿地，经过湿地内部微生物的硝化作用，去除率为22%左右，再经过表流湿地，去除率为13%左右，最后经过复合浮床系统达标排放。试验过程中，气候和季节的变化对表面流湿地影响最大，CRI和潜流湿地因其结构关系受影响较少。
氮素是水生生物必需的营养因素，也是研究认为引起水体富营养化的限制性因素之一[14]。污水中总氮主要以有机氮、铵态氮、亚硝酸盐氮和硝酸盐氮的形式存在。研究结果表明，水体中氮素的去除主要靠微生物的硝化-反硝化作用，而污水中参与氮循环的微生物大量附着在植物根系或者填料位点上，确保了硝化-反硝化的顺利进行[15-17]。由图4可知，试验初期进水的总氮浓度为18.83～23.33 mg/L，经过CRI、潜流湿地、表面流湿地和复合浮床的处理，最终出水浓度为1.6～1.9 mg/L，出水水质达到GB3838—2002《地表水质量标准》的Ⅳ类标准。整个处理过程中，CRI的处理效率最高，处理率为49.7%～55.4%，8月的处理效率高于5月和10月，这是由于5月和10月温度相对较8月低，微生物活性相对不强，同时，8月是湿地植物生长最旺盛的季节，植物体对氮素和磷素的吸收也是生态法处理过程中重要的环节，并且发达的根系也为微生物提供了丰富的附着位点，使得8月的处理效率最高。污水经过CRI处理后进入潜流湿地过程中，通过湿地植物的吸收和内部硝化菌的硝化-反硝化作用，TN浓度降低了16%左右，后经表流湿地和复合浮岛的进一步进化，最终出水达标排放。
2.3水体中TP的浓度变化
污水中磷常见的存在状态有磷酸盐（H2PO4-、HPO4-、PO43-）、聚磷酸盐和有机磷，聚磷酸盐在水中能逐渐水解成磷酸盐。去除污水总磷主要通过植物吸收、基质过滤、吸附、共沉、离子交换和微生物分解来实现。组合工艺对总磷的去除效果见图5，由图5可知，系统对总磷的去除率为 87%～92%，进水的总磷浓度为2.6～4.5 mg/L，水质水量随季节波动较大，经过各部分工艺处理，最终出水的总磷浓度为 0.34～0.37 mg/L，出水水质达到GB3838—2002《地表水质量标准》的Ⅳ类标准。其中，CRI系统对总磷的去除率最高，平均为43%，潜流湿地平均去除率为17%，复合浮岛的去除率为20%左右，表面流湿地去除率最低，可能是因为植物的枯枝落叶在水体中腐烂分解，将磷重新释放回到水体中。
2.4温度的变化
试验的组合工艺对污染水体的净化主要依靠微生物降解完成，而温度对植物的生长发育及微生物的新陈代谢有重要影响，温度的高低直接决定微生物活性的强弱和数量的多少。因此，在自然状态下温度与系统对污染物的去除率成正相关。温度较高时，微生物活性强，湿地植物和浮床植物代谢旺盛，对污水的净化效果明显比温度低时要好。有研究表明，当水温低于 9.2 ℃ 时，浮床植物美人蕉的生长基本处于停滞状态[18]。Brdjanovic对微生物与温度的关系进行了研究，结果发现如果温度变化时间较长，则系统内部的微生物群落就会为适应新环境而进行调整，其群落种类和数量均会发生变化[19]。Gao研究发现，异养细菌的生物量表现出明显的季节性变化[20]。由图6可知，8月温度最高，此时微生物活性最强，植物处于代谢旺盛季节，因此处理效率最高。5月比10月平均气温稍高一些，同时5月处于转暖时期，而10月则相反，气温转凉，因此5月系统的处理效率要优于10月。另外，系统运行过程中经历过几次较强的降雨、降温过程，经过检测虽然去除率有所下降，但都保持在80%以上的去除率，最终出水效果均达到Ⅳ类水标准，说明系统的抗冲击能力较强。
3结论
CRI/人工湿地/复合浮岛组合工艺对百二河沿途农家乐排放生活污水具有很好的处理效果，对COD、NH+4-N、TN、TP 的平均去除率分别为86.2%、88.3%、91.1%、89%，出水的COD、NH+4-N浓度、TN浓度、TP浓度达到了GB3838—2002《地表水环境质量标准》的Ⅳ类标准。组合工艺运行过程中，各工艺对水体中污染物的去除贡献率不同。其中，CRI的去除率最高，对污染物的去除贡献最大，潜流湿地和复合浮岛次之，复合浮岛对磷的去除要优于潜流湿地，而潜流湿地对氮的去除则优于复合浮岛，表面流湿地受到环境影响较大，去除贡献率在组合工艺中最低。该组合工艺的抗冲击能力较强，出水水质稳定，同时运行维护费用低，管理方便，达到了当地对水质的较高要求，为百二河流域及其他地区处理农家乐生活污水提供了重要的借鉴和参考。
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