蚯蚓人工濕地水質(zhì)凈化效果研究

1、蚯蚓人工濕地水質(zhì)凈化效果研究徐雪玲第一作者：徐雪玲，女，1982年生，碩士，主要從事水污染控制與水處理技術(shù)研究。 李先寧（東南大學(xué)環(huán)境工程系，江蘇 南京 210096）摘要 在人工濕地中加入微型動物愛勝蚯蚓，可延長人工濕地中的食物鏈，健全濕地系統(tǒng)。研究了蚯蚓人工濕地和對照人工濕地對農(nóng)村生活污水中COD、氨氮、TN和TP的去除效果：蚯蚓人工濕地對COD、氨氮、TN、TP的平均去除率分別為88.11%、75.97%、61.98%、89.18%；而對照人工濕地對COD、氨氮、TN、TP的平均去除率分別為83.00%、68.68%、52.45%、78.86%。表明蚯蚓人工濕地表現(xiàn)出較好的抗沖擊能力。關(guān)

2、鍵詞 人工濕地 愛勝蚯蚓 農(nóng)村生活污水Research on purification of sewage in earthworm wetland Xu Xueling，Li Xianning.(Department of Environmental Engineering，Southeast University，Nanjing Jiangsu 210096)Abstract：Optimization of wetland system was realized by adding subminiature animal-Eiseniafoetid to Constructed Wetla

3、nd to prolong Food Chain of wetland system. The earthworm wetland and constructed wetland were employed on the treatment of rural sewage, the efficiency of the two wetlands were investigated and compared, removal rate of COD, NH4+, TN and TP in constructed wetland were 83.00%, 68.68%, 52.45% and 78.

4、86%, while the removal rate of COD, NH4+, TN and TP in earthworm wetland were 88.11%, 75.97%, 61.98% and 89.18%. Earthworm wetland presented better performance for its treatment efficiency and resisting- impact ability.Keywords：constructed wetland；Eiseniafoetid；rural sewage富營養(yǎng)化是太湖水體污染的重要特征1，未經(jīng)處理就直接排

5、放的農(nóng)村生活污水是造成太湖水體富營養(yǎng)化的主要原因之一2。因此，選擇一種適宜的技術(shù)對太湖周邊地區(qū)的農(nóng)村生活污水進(jìn)行處理是緩解太湖水體富營養(yǎng)化的有效方式。人工濕地是近20年發(fā)展起來的一種廢水處理新技術(shù)，其特點是投資省、處理效果好、運行維護(hù)簡單和方便，它屬于一種生態(tài)治理污水的方法。人工濕地是一個綜合的生態(tài)系統(tǒng)，人們利用它的生態(tài)系統(tǒng)中物種共生、物質(zhì)循環(huán)再生原理，達(dá)到了良好的內(nèi)部循環(huán)并具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益、生態(tài)效益和社會效益的目標(biāo)，獲得污水處理與資源化。這項技術(shù)適合于我國國情，尤其適合于廣大農(nóng)村、中小城鎮(zhèn)的污水處理中，在我國具有極其廣闊的應(yīng)用前景。但是人工濕地存在處理負(fù)荷有限、占地面積大等缺點3。前人通過

6、對人工濕地的基質(zhì)和植物的選擇、污染物去除的影響因素、運行參數(shù)等方面的研究來提高污染物的去除效率。而通過優(yōu)化食物鏈來提高人工濕地的凈化效果國內(nèi)未見報道。根據(jù)生態(tài)學(xué)的觀點，能量在環(huán)境中流動所流經(jīng)的食物鏈越長，其消耗也就越大，殘留在污水中的污染物質(zhì)也就越少。本試驗通過延長濕地的食物鏈結(jié)構(gòu)即：添加微型動物愛勝蚯蚓來健全人工濕地，達(dá)到提高污染物去除效果的目的。1 材料與方法1.1 生態(tài)型人工濕地概況試驗人工濕地建于太湖西岸的宜興市大浦港東南大學(xué)生態(tài)修復(fù)試驗基地，濕地平面尺寸為1.5 m×1.5 m，坡度為1%，有效高度0.50 m。沿長度方向分隔為兩條廊道，廊道寬度均為0.75 m，單池容積約

7、為0.7 m3。廊道內(nèi)種植蘆葦，并填充煤灰渣，煤渣層厚0.50 m。有關(guān)研究結(jié)果表明，煤灰渣是良好的濕地基質(zhì)，充分利用當(dāng)?shù)剞r(nóng)村村民燒制紫砂壺的煤渣，使其變廢為寶4。在一條廊道中添加愛勝蚯蚓，另一條廊道作為空白對照。進(jìn)水來自于宜興市丁蜀鎮(zhèn)洋渭村部分居民的生活污水，主要包括生活雜排水和衛(wèi)廁污水。1.2 進(jìn)水水質(zhì)試驗期間人工濕地進(jìn)水水質(zhì)見表1。 表1 進(jìn)水水質(zhì) mg/L項目CODNH4+-NTNTPDO范圍108.53461.225.7331.8322.7963.142.726.552.02.6平均值280.4617.0844.014.632.41.3 工藝流程 工藝流程見圖1。出水進(jìn)水厭氧池蚯蚓人

8、工濕地圖1 工藝流程1.4 監(jiān)測與分析方法裝置于2008年5月開始運行，單池水力負(fù)荷為0.4 m3/（m2·d），停留時間約為12 d。COD用重鉻酸鉀法測定；TP、TN分別用堿性過硫酸鉀消解鉬銻抗分光光度法和過硫酸鉀氧化紫外分光光度法測定；NH4+-N、NO3-N分別用納氏試劑分光光度法和N-（1-萘基）-乙二胺光度法進(jìn)行測定；DO用溶氧儀進(jìn)行測定。2 試驗結(jié)果及討論2.1 對COD的去除效果人工濕地對污水中COD的去除主要是通過微生物的代謝作用而去除的，微生物的存在狀態(tài)及活性直接影響著系統(tǒng)的處理效果。同時，由于季節(jié)變化引起的植物生長狀態(tài)的變化也在一定程度上影響著系統(tǒng)的處理效果5。

9、人工濕地對COD的去除均較穩(wěn)定，圖2為對照人工濕地、蚯蚓人工濕地對COD去除的對比情況。COD/(mg·L1)運行時間圖2 COD去除效果由圖2可以看出，蚯蚓人工濕地的COD平均去除率為88.11%，對照人工濕地的COD平均去除率為83.00%，蚯蚓人工濕地的COD平均去除率比對照人工濕地高約5.11%。造成去除率明顯差異的原因可能是引入蚯蚓造成的。蚯蚓影響COD有效降解的途徑主要有2個：（1）有機物通過蚯蚓消化道的吞食、混合、機械研磨、生物化學(xué)分解和轉(zhuǎn)化等作用，不僅極大地增加了有機物表面面積，為微生物進(jìn)一步分解做準(zhǔn)備，而且可與土壤中的礦物質(zhì)緊密結(jié)合形成高度融合的有機無機復(fù)合體，即蚓

10、糞，蚓糞具有很大的表面積，可以提供豐富的微生物種群，通過蚓糞中微生物作用及其多孔性結(jié)構(gòu)而形成的強吸附性能可有效分解有機物，研究表明蚓糞與未經(jīng)擾動的土壤相比，其中有機質(zhì)的分解速率有很大提高6；（2）蚯蚓鉆洞可提高濕地基質(zhì)的孔隙率，改善基質(zhì)的通氣性和結(jié)構(gòu)。研究表明，蚯蚓的鉆洞行為可使土壤中的空氣質(zhì)量分?jǐn)?shù)從8%提高到30%、土壤的孔隙率從30%提高到60%7，從而有利于土壤中好氧微生物的活動并使土壤吸附能力得以不斷提高。此外，從整個運行期間可以看出，雖然進(jìn)水COD變化幅度較大，但出水COD都保持在一定的范圍內(nèi)，表現(xiàn)較好的抗沖擊能力，并且出水COD與進(jìn)水COD變化趨勢一致。2.2 對氨氮的去除效果圖3

11、為對照人工濕地、蚯蚓人工濕地運行過程中進(jìn)出水氨氮濃度變化情況。由圖3可以看出，兩濕地進(jìn)水氨氮濃度變化幅度較大，但出水氨氮濃度變化較平緩。蚯蚓人工濕地和對照人工濕地出水氨氮質(zhì)量濃度都在7 mg/L以下，達(dá)到城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)（GB 189182002）一級B排放標(biāo)準(zhǔn)。其中，蚯蚓人工濕地氨氮平均去除率為75.97%，而對照人工濕地氨氮平均去除率為68.68%，蚯蚓人工濕地的氨氮平均去除率比對照人工濕地高約7.29%，分析其原因可能有2個：（1）蚯蚓活動產(chǎn)生的蚓糞有機無機復(fù)合體中含有豐富的帶負(fù)電荷的有機膠體8，對污水中帶正電荷的NH4+和有機物具有較強的親和能力，提高了基質(zhì)對污水中氨氮和有

12、機物的吸附能力，進(jìn)而提高硝化能力；（2）蚯蚓活動促進(jìn)了基質(zhì)微生物向營養(yǎng)源豐富部位的擴散及其活性的提高9，10，從而加快了微生物對氮的轉(zhuǎn)化和釋放。氨氮/(mg·L1)運行時間圖3 氨氮去除效果2.3 對TN的去除效果圖4為對照人工濕地、蚯蚓人工濕地運行過程中進(jìn)出水TN濃度變化情況。TN/(mg·L1)運行時間圖4 TN去除效果由圖4可知，試驗進(jìn)行期間進(jìn)水的TN質(zhì)量濃度波動較大（22.7963.14 mg/L），而蚯蚓人工濕地中出水水質(zhì)相對穩(wěn)定，出水TN大多小于15 mg/L，可滿足GB 189182002一級A排放標(biāo)準(zhǔn)，TN去除率在21.79%78.40%，平均去除率為61.

13、98%；對照人工濕地的去除率在18.38%70.68%，平均去除率為52.45%，蚯蚓人工濕地TN去除率比對照人工濕地高約9.53%。雖然進(jìn)水水質(zhì)出現(xiàn)較大波動，但人工濕地的出水較穩(wěn)定，都保持在一定的濃度范圍，表現(xiàn)出較好的抗沖擊能力。2.4 對TP的去除效果圖5為對照人工濕地、蚯蚓人工濕地運行過程中進(jìn)出水TP濃度變化情況。由圖5可知，試驗期間進(jìn)水TP質(zhì)量濃度變化較大，變化范圍為2.726.55 mg/L，進(jìn)水平均質(zhì)量濃度為4.63 mg/L，蚯蚓人工濕地的平均出水質(zhì)量濃度為0.53 mg/L，對照人工濕地的平均出水質(zhì)量濃度為1.01 mg/L。人工濕地中磷的去除主要依靠基質(zhì)的物理過濾，吸附、與金

14、屬離子螯合作用產(chǎn)生的化學(xué)沉淀作用以及植物的吸收作用，相比之下微生物的去除作用較小。由于煤渣基質(zhì)顆粒較細(xì)，基質(zhì)間孔隙率較小過濾作用較好，在一定的負(fù)荷條件下，在濕地的前部即可以將大部分顆粒性TP加以去除。TP/(mg·L1) 運行時間圖5 TP去除效果 蚯蚓人工濕地、對照人工濕地的TP平均去除率分別為89.18%、78.86%，蚯蚓人工濕地比對照人工濕地高10.32%。蚯蚓人工濕地的TP去除效果優(yōu)于對照基質(zhì)人工濕地，其原因可能在于，蚯蚓人工濕地除基質(zhì)的截留外，蚯蚓及其所促進(jìn)的微生物8和植物根系的生長11所帶來的對TP的去除，使?jié)竦貙P去除途徑多元化，對磷去除效果得以提高。3 結(jié) 語蚯蚓

15、人工濕地對COD、氨氮、TN、TP的平均去除率分別為88.11%、75.97%、61.98%、89.18%；而對照人工濕地對COD、氨氮、TN、TP的平均去除率分別為83.00%、68.68%、52.45%、78.86%，并且蚯蚓人工濕地的抗沖擊能力較對照人工濕地強。對于處理相同的生活污水，生態(tài)型蚯蚓人工濕地的面積就會大大減小，這對于解決人工濕地占地面積大的問題，提高處理效率，降低投資成本具有重要意義。參考文獻(xiàn)：1 任炳湘，黃友璋，蔣澄宇.江蘇省太湖污染防治概述J.環(huán)境導(dǎo)報，1998（1）：23-26.2 王健華，陸根法，錢瑜，等.太湖流域面源污染控制對策研究J.環(huán)境保護(hù)科學(xué)，2003，29(

16、4)：16-17，22.3 楊瓊，陳章和人工濕地污水處理的應(yīng)用現(xiàn)狀及前景展望J.生態(tài)科學(xué)，2002，21(4)：35-36.4 朱夕珍，崔理華，溫曉露，等.不同基質(zhì)垂直流人工濕地對城市污水的凈化效果J.農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報，2003，22(4)：454-457.5 王世和，王薇，于燕.潛流式人工濕地的運行特性研究J.中國給水排水，2003，19(4)：9-11.6 ，1973，31：13-22.7 愛德華茲C A，洛夫蒂J R.蚯蚓生物學(xué)M.北京：科學(xué)出版社，1985：179.8 黃福珍.蚯蚓M.北京：農(nóng)業(yè)出版社，1980.9 SUBLER S，KIRSCH A S.Spring dynamics of soil carbon，nitrogen，and microbial activity in earthworm middens in a no-till cornfieldJ.Biol.Fertil.，1998，26：243-249.10 李輝信，胡鋒，沈其榮，等.接種蚯蚓對秸