用于污水回收利用的人工濕地-水生生物-土壤滲濾組合工藝
摘要：介紹利用人工濕地—水生生物—土壤滲濾組合工藝回收利用污水的技術，并進行相關的分析和討論。
關鍵詞：回收利用,人工濕地,垂直流土壤過濾器,填海
一個有效的生活污水處理系統應減少廢水的產生并將其再利用。其具體目標包括［1］：①評價階段進水，再循環，具體的有氧和無氧的區域，有氧和無氧環境的交替，沸石對氮的吸附；②評價磚屑片對磷吸收及固氮植物對磷的吸收和儲存；③分析使用的脫氮除磷廢水處理回用工藝的成本效率。
人們排入高品質水中的廢物和進入地下及地表的污水，其總量是不可忍受的。這種水利用效率極低，并同時會產生不良的影響。無論是分散或集中式的水處理技術都使其附近受益于污水的處理和再利用［2，3］。分散式廢水處理的設計已經演變成一個復雜并有眾多優點的水處理技術，但是它的不足之處在于地面上或者地表水的非點源污染治理，結果導致氮磷及致病菌的污染。集中式的污水處理工藝的困擾在于規模的不斷擴大、成本的升高以及資金籌集的不善、運行操作的失當以及周期性的將部分污水排入地表水之中［4］。
1 工藝方法
利用化糞池的組合，將2 個單元連接構造濕地系列，加上抽水器，以及紫外線好加氯消毒，模塊化的土壤過濾盒，處理過的水的回用于沖洗廁所。
（1）人工濕地的介紹。人工濕地污水處理系統美觀，成本低，獲取養分維持系統。工程濕地被選為本系統設計的可調水分條件，他們的設計提供全方位的優勢，因此為氮轉化提供最大程度的控制［5］。在不斷的進水，低溶解氧，pH 呈酸性的條件下，人工濕地內的氮將以銨氮的形式存儲。當濕地植物處于生長季節時候，氮將以硝酸鹽氮和氨氮的混合物供給植被生長。冬季反硝化作用將被加強，通過增加浸潤時間，進入濕地的硝酸鹽氮通過分級進水和和再循環的形式流通。當需要經常澆水且的氮負荷有限時，這種運行方式也可能是有用的。
要加強系統內的氮的脫除，串聯的2 個人工濕地單元的運行需要采取周期進水，再循環，好氧和缺氧的空間的分化，有氧和無氧環境的交替等方式。堆積土壤的過濾水平潛流濕地。
堆積土壤過濾水平潛流濕地的設計，采用的標準，結合水力負荷和有機負荷率。使用的基材包括粉碎磚，粗砂和礫石［6］。處理組件的組合堆疊在彼此的頂部，以節省空間，提高處理效果和創造的審美情趣。處理組件的設計除作為污水處理外，也是人們互動娛樂的空間。其中就包括濕地，高地和過渡物種的植物多樣性。
（2）以太陽能為動力閥，啟動和運行人工濕地。水流量的控制，是通過12V 太陽能供電的電動閥門，間歇性地控制水流的打開和關閉。通過調整閥門開啟時間，讓水從沙層流過。進水和排水增強了硝化反硝化作用和磷的吸附。太陽能電源的使用，將為該工藝在偏遠地區的類似應用提供重要借鑒。
（3）養分管理種植箱。這些組件的設計，以如土砂過濾器和土丘等模塊化的過濾器組件為代表。種植箱的設計除考慮廢水處理之用外，要能夠照顧到室內外的擺放及美觀。廢水水力負荷率從40-120mL/d。磷的去除并不是經常與水生環境相聯系。然而，磷將會被濕地單元下層含有鐵離子的磚粒所吸附，設計時會保持有氧磚基板。當有必要限制磷在土地中的使用之后，磷將以不飽和的形式分布于濕地單元中。當需要磷時，濕地將被淹沒，吸附在濕地中的磷的釋放用于園林植物或作物生長。6個盒子均為1.2m×6m，都充滿了不同過濾器的基板和部分經過處理的廢水劑量的壓力層。每月從每個箱子底部的排水渠的水進行采樣。流量數據加上化學數據用來評估廢水成分的質量平衡。
（4）水質監測。每月樣品（1000mL）取自系統內進水口和出水口的位置。水質監測主要從總凱氏氮（TKN），硝酸鹽氮（NO3-N）的，氨氮（NH3-N），總磷（TP），磷酸鹽磷，糞大腸菌群，總懸浮固體（TSS）的水質樣本進行評估，以及總溶解固體（TDS），化學需氧量（COD），生物需氧量（BOD），pH 值。濁度的連續測量，以滿足2 臺監管要求。每天測量余氯，以確保在系統內保持0.5mg/L［7］。
（5）水平衡的測定。流入系統組分的總量按照監測泵周期和反應器容積計算。每個周期數量和總量是計算出來的。流經反應器的組分通過相應的顯影槽及計算得出。每天記錄降雨和溫度。這些信息將有助于計算系統水平衡，從而得知有多少水被回收了，有多少水在處理過程中消耗了。估算潛在蒸散量要使用來自附近氣象站和其他研究項目信息。
（6）景觀組件的實驗設計。沒有存儲的水被回收回來，它的壓力被加到一個能自我調節沖洗發射器的淺水域的灌溉系統。灌溉園景區是由兩個區域，每個領域被是簡單的淺置于監測井監測。監測井的安裝是成對的；一個安裝在A-B 土層界面，一個安裝在B- C 土層界面。
（7）浮萍處理效果實驗設計。針對植物基因型選擇，特別適用于該系統的能夠有效處理生活污水的植物之一是浮萍。世界范圍內有4 屬32 種浮萍。此外，大多數物種有幾個確定地域分離。因此，它很可能在地域隔離種內存在較大的變異株能夠有效增長，并進一步凈化已部分處理的生活污水。
在進一步凈化生活污水方面設計了一個實驗，采用11株快速增長的隔離浮萍株以確定他們是否有比較突出的能力。實驗是在體外進行，包括3 個液體介質：指定SH 培養基，SH 加3％蔗糖，部分修復國內污水標準營養維持液。養殖環境是恒定23℃，16h 照射，照射光由廣譜管熒光燈管提供的一種光合作用光子流量40 umol/m2 的基礎上的。3 周后，培養基開始變化，通過將8 種植物體引入25mL 容器中，記錄活的和死的葉片數和鮮重［8］。葉片在36℃中放置48h 后烘干稱重并記錄。3 個培養基代表每個隔離種。由于總干生物質生產是至關重要參數，最關注的是，此參數的獲得。
2 結果和討論
（1）人工濕地和土壤過濾器。方法的建立是在1998 年2月完成。濕地單元種植的植物有黑竹，紫竹，甜標志的品種，菖蒲屬；黃花菜，萱草屬，菖蒲，鳶尾，金櫻子和倉促，燈心草。水產品組件內使用的浮萍株的初步化驗檢查已經完成。
（2）浮萍系統。在每個范圍內的3 個中型處理株中觀察到了大的差異（P <0.0001）。在最不發達和最有生產力的分離株之間看到了一個近5 倍的差異，通過觀察到的激增超過3 周的葉片由總干重的判斷其能否用于生活污水的凈化處理。值得注意的是類似的差異出現在了SH 培養基和SH3％處理中。當在部分凈化的生活污水中生長時，與沒有蔗糖的人工培養基相比，11 株中的5 株產生了更大的生物量，而相反的是真正的浮萍gibba 株只有G3。
正如預期的那樣，當蔗糖添加到SH 介質中時，所有的菌株在這種光線較暗的環境中生長的更好。隔離種在SH3％的中期表現是有趣的，因為它可能表明隔離潛在的條件是最優的，例如充足的光線下。例如，紫萍隔離8240 間，部分凈化生活污水和SH 增長相對強勁的菌株，但在SH3％培養時它遠遠超過了所有的菌株。
從這個實驗中得到的一個重要的事實是，即使在快速增長的預選的一組，分離株的浮萍，他們的增長能力方面，凈化的生活污水方面也大大不同。另一個原因是，大多數菌株，部分凈化的生活污水，和人工營養或比人工營養，在促進健康的浮萍增長中更好。2 者綜合起來，這些事實使我們相信，生活污水處理系統內的基因型選擇將導致更有效的處理效果。
（3）復合垂直流-水平潛流人工濕地系統的評價。該系統有效地去除了78％的總氮（TN）和97％的銨態氮（NH4+N）。垂直流濕地單元提供了一個有氧環境，使得進水NH4-N 近乎完全被硝化。系統總磷（TP）的去除效率為44％。粉碎磚作為過濾器基板使用，實驗室評估表明其具有70％～80％除磷潛力。該系統有效地去除了總懸浮固體（TSS）（去除率57％）和生物需氧量（BOD）（去除率97％）。通過垂直流濕地單元，病原微生物水平降低了1～2logs，水平流濕地單元為2～3logs。橫向流動單元對菌體的影響不大。
3 結論
通過利用人工濕地-水生生物-土壤滲濾組合工藝來進行地下污水的回收利用，得到較好的出水水質。垂直潛流和水平潛流人工濕地復合系統，為硝化-反硝化脫氮，去除有機物質和吸附除磷提供了必要的環境。系統中的某些植物是有選擇性地或使用基因工程處理過，以最大限度地提高其污水回收的潛力。該系統有效地去除了78％的總氮（TN）和97％的銨態氮（NH4+N）；總磷（TP）的去除效率為44％；有效地去除了總懸浮固體（TSS）（去除率57％）和生物需氧量（BOD）（去除率97％）。
參考文獻
1 APHA，1992.Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater，17th ed.Washington，DC.
2 趙勇勝.地下水污染場地污染的控制與修復.長春工業大學學報（自然科學版），2007（1）
3 王勝虎. 垃圾場滲瀝液對區域地下水污染程度和污染范圍的研究.中國高新技術企業，27008（12）
4 劉海亞.淺談地下水污染及其防治對策.污染防治技術，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.
作者簡介：路洪濤（1970～），男，河北省景縣人，高級工程師，大學本科，主要從事環境影響評價與技術評估領域的研究與業務。
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