人工湿地污水处理设备

人工湿地是指模拟天然湿地后形成的湿地系统，可以实现污水的有效净化。净化过程不仅涉及物理化学反应，而且与生物效应密不可分。它具有成本低、管理方便的特点，非常适合农村生活污水的综合处理。在人工湿地系统中，填料是重要的组成部分之一。它不仅是人工湿地系统中的植物，也是微生物正常生长发育的地方。它还具有净化污水的功能。可以看出，选择合适的填料是确保人工湿地发挥应有效果的关键。目前，砾石填料最常用，但其污染物去除效果不能满足要求，需要更新和改进填料的类型。因此，新的模块化填料，有必要通过实验和分析来验证模块化填料对污水的处理效果。

一、实验材料及方法。

1.1材料及试剂。

实验植物采用美人蕉，大小相同，高度在56~65cm范围内，重量约40g，根系体积相同，是健康无病虫害侵袭的幼苗。花岗岩作为主要粗骨料，粉煤灰和水泥作为胶结材料。最佳配合比下的骨料级配为10~16mm。由上述原料制成的试件规格为10cm、10cm和2cm。实验污水氨氮实际浓度在11~47mgL-1范围内，TP实际浓度在1.4~4.7mgL-1范围内，COD实际浓度在270~360mgL-1范围内。

1.2装置。

实验装置主要是小型反应器。所有反应器中放置6个模块化填料，分为两层。模块化填料的质量与砾石填料完全相同。为了比较实验植物对系统的影响，建立了两个系统，一个有实验植物，另一个没有。为了比较污水总量对实验植物系统实际处理效果的影响，还建立了45L和65L污水总量的两个系统。其中，污水总量45L为模块化填料-实验植物-45L，污水总量60L为模块化填料-实验植物-60L为实验植物，但碎石系统为碎石填料-实验植物-45L。

容器体积可达100L左右。如果使用模块化填料，应在反应器中放置三层模块化填料。第一层和第二层的贯通孔应向上，第三层的贯通孔应朝向两侧。不同层次的模块化填料应按21cm排列，每个系统中的实验植物为6株。成型后的实验装置如图1所示。

图1中，MS-C-S表示模块化填料-实验植物-45L系统，MS-U-S表示模块化填料-无实验植物-45L系统，GS-C-S表示碎石填料-实验植物-45L系统。

二、实验结果及分析。

在6d的时间范围内，污水处理效果与填料的关系是：当填料为模块化填料时，氨氮进出水浓度分别为40.18±10.04mgL-1和17.05±1.90mgL-1，去除率为55.30%±6.12%。当填料为砾石填料时，氨氮进出水浓度分别为40.18±10.04mgL-1和23.19±4.26mgL-1，去除率为41.52%±5.21%。当填料为模块化填料时，总磷进出水浓度分别为5.23±1.39mgL-1和0.86±0.29mgL-1，去除率为83.47%±5.53%；当填料为砾石填料时，总磷进出水浓度分别为5.23±1.39mgL-1和3.25±0.61mgL-1，去除率为28.98%±21.21.32当填料为模块化填料时，COD进出水浓度分别为326.57±41.36mgL-1和76.13±9.94mgL-1，当填料为碎石填料时，COD进出水浓度分别为326.57±41.36mgL-1和70.45±5.274mgL-1。

从上述结果可以看出，模块化填料比碎石填料更能去除污水中的氨氮。原因是模块化填料的孔隙率相对较高，可以为硝化和反硝化细菌创造良好的条件。同时，模块化填料相对松散，便于系统中和气体相互传递，显著增加溶解氧浓度，增强微生物活性。对于硝化细菌，最佳pH为8.0~8.5。通过实验，模块化填料pH为8.3，碎石填料为7.9。可以看出，模块化填料可以为细菌创造良好的反应条件。

模块化填料比碎石填料对污水中总磷的去除效果要好得多，不仅去除效果稳定，而且出水浓度也能达到一级标准。由于总磷溶度从第四天开始上升，所以最后产生了解吸。因此，填料本身对总磷的吸附是去除污水中总磷的基本机制。相关研究表明，在微碱性环境下，判断总磷去除能力最常用的指标是钙含量。在本研究中，填料的环境为微碱性，模块化填料的pH大于碎石填料。此外，无论是粉煤灰和水泥作为粘合剂，还是粉煤灰砖，都有利于填料本身对总磷的吸附。

两种填料都能有效去除污水中的COD，整个降解过程先快后慢。原因是系统中有许多不同的微生物，数量多，营养丰富。微生物在早期活性最强。随着营养消耗和溶解氧的逐渐减少，COD去除率下降，直到趋于平衡。但模块化填料的实际去除率相对较高，因为该填料设置了贯穿孔，可以为微生物的正常生长创造更多的空间。

实验植物会在一定程度上影响污染物的去除，特别是在早期阶段，可以有效地去除有机物和含氮化合物。原因是早期的实验植物正在生长发育，可以去除大量的污染物。然而，随着植物的不断成熟，污染物的实际去除效果逐渐减慢，甚至在后期也有明显的对比。含氮化合物的实际去除效果主要与微生物和填料有关，总磷的去除机制是填料吸附。

使用模块化填料时，总磷去除效果非常明显，但在处理过程中会发生解吸。在运行过程中，模块化填料和砾石填料的COD和氨氮的实际去除效果没有明显差异，这表明这两种污染物的实际去除效果可以保持在相对稳定的状态。

由于实际水体中的污水总量不同，在实验中添加不同数量的污水，以确认系统去除COD、氨氮和TP的实际效果。当污水总量为45L时，填料高度低于污水表面，当污水总量为60L时，填料完全被污水淹没。根据实验结果，增加污水总量后，系统污水处理效果不明显，两个系统的实际去除效果基本相同。