劉超翔 孟遠航 胡洪營 黃霞 施漢昌 錢易
（清華大學環境科學與工程系環境模擬與污染控制國家重點聯合實驗室，北京，100084。）

1．前言

　　濕地處理系統是將污水有控制地投配到經常處于飽和狀態的，生長有蘆葦、香蒲等沼澤植物的土地上，污水在沿一定方向流動過程中在植物、土壤和微生物的聯合作用下得到凈化的一種土地處理系統。人工復合生態床作為濕地系統的一種，具有工藝簡單、運行管理方便、生態環境效益顯著、投資少等優點，適合于城市和村鎮生活污水的處理。
　　所謂人工復合生態床就是在人工濕地形式的基礎上，在其內部填充多孔的、有較大比表面積的介質，以改善濕地的水力學性能，為微生物提供更大的附著面積，同時增強系統對污染物，尤其是氮、磷的去除能力。本研究利用實驗室小試裝置對人工復合生態床處理生活污水的運行性能，即氮、磷及COD去除性能進行了研究，同時考察了床體內部水的流動特征。

2．試驗裝置與方法

　　2．1 試驗裝置
　　小試裝置設在溫室內，其容積為0.9m3(3m×0.5m×0.6m,坡度為1%),底部鋪設10cm的碎石層(直徑2～4cm)，中部為40cm的爐渣層，上部為10cm的土壤，水流在床體內部水平流動。床體前三分之一段種植了蘆葦(4×2株，行距20cm,株距25cm)，后三分之二段種植了菖蒲(12×2株，行距20cm,株距25cm)。經測定爐渣對磷的最大吸附容量為120mg/Kg,水力傳導系數為3.47×10-3mm/s。
　　2．2 廢水來源及水質
　　試驗用水取自清華大學一號樓后生活污水泵站。具體水質情況如表1所示。

表1 小試進水水質(mg/l) COD SCOD TN 氨氮 TP SS DO pH 150～250 60～110 25～45 20～40 2～7 28 ～82 0.2～1.0 7～8

　　2．3 分析項目及方法
　　日常分析測定的項目包括進出水的COD、TN、氨氮、TP、SS和DO。測定方法同標準方法。

3．試驗結果與分析

　　3．1 污染物去除效果
　　人工復合生態床小試運行參數及控制條件如表2所示。不同階段對生活污水的運行結果見表3。由表3，可知 在水力負荷為5～6cm/day,床體水位為55cm的條件下，出水COD濃度為21.7mg/l，TN為9.4mg/l，TP為0.26mg/l,COD,TN，TP平均去除率分別為88%，74%，91%。在維持床體水位不變條件下，將系統水力負荷提高到10cm/day時污染物去除率略有下降，分別為 86%，63%，82%。第III階段水力負荷降為5.8cm/day,但同時將水位由55cm降低到45cm,COD和TP的去除效率開始上升，但TN的去除率沒有升高，為55%。對床體沿程取樣分析結果表明(如圖1)，在床體前三分之一段對污染物的去除效果明顯，COD、TN和TP的去除率分別為90%、63%和87%。實驗還對DO對TN去除效果的影響進行了研究。在對進水強化曝氣，維持出水DO濃度為2～3mg/L的條件下，TN(特別是氨氮)的去除效率并沒明顯提高，表明運行裝置內，特別是爐渣層的硝化菌濃度低，使得TN的去除效果不太理想。運行過程中植物生長良好，由于植物的輸氧作用，出水DO濃度(0.9～2.2mg/l)略高于進水。

表2 小試運行條件 溫度
(度) 時間
(天) 流量
(l/day) 水力負荷
（cm/day） HRT
（天） 階段I 23～28 1～12 64.8 5 6 階段II 25～32 13～20 129.6 10 3 階段III 28～33 21～45 72 5.8 5

表3 不同階段污染物的去除效果 污染物指標 階段I 階段II 階段III 進水 出水 去除率 進水 出水 去除率 進水 出水 去除率 TN(mg/l) 35.6 9.43 74 36.9 14.4 63 30.0 13.2 58 TP(mg/l) 2.74 0.26 91 3.84 0.74 82 4.5 0.80 85 COD(mg/l) 167.5 21.7 88 253 36.5 86 210.0 24.7 90 SS(mg/l) 60 未檢出 約100 160 未檢出 約100 129 未檢出 約100

　　3．2 流態試驗
　　采用氯化鋰為示蹤劑分析了人工復合生態床內部流態特征，得到的停留時間和完全混合模型的一種流態，其特點為早出峰，曲線后半段接近完全混合流態。通過對停留時間分布曲線的計算，在10cm/day的水力負荷下，平均停留時間為2.3天，而理論停留時間為3天。這些結果說明床體存在短流。

4．結論

　　(1) 人工復合生態床小試系統對生活污水有著良好的處理效果。整個運行期間，COD、TN和TP的平均去除效率分別在85%、60%和80%以上。隨著水力負荷的提高和反應器水位的降低，系統的去除效率略有下降。
　　(2) 小試裝置的水力停留時間分布曲線為介于理想推流和完全混合模型的一種流態，其特點為早出峰，曲線后半段接近完全混合流態。床體存在短流。