水力停留时间影响污染物去除率

1.水力停留时间对氮去除率的影响分析

人工湿地的NH3-N处理效果与水力停留时间关系密切，停留时间过短，生化反应不充分；停留时间过长，易引起污水滞留和厌氧区扩大，影响处理效果。不同季节下系统的进出水NH3-N浓度及其去除率与水力停留时间的关系如图6-7所示。四个季节进水的NH3-N浓度有一定的波动，除了冬季，两种系统对NH3-N的去除率都随水力停留时间的增加呈现出不同幅度的递增趋势。

CW-1和CW-2湿地系统中NH3-N的去除主要是依靠植物吸收和微生物作用。如图6-7所示，当水力停留时间短时，进水水力负荷大，对系统的冲击作用强，使得NH3-N难于被基质和植物根系截留、吸附，微生物和植物对NH3-N的吸收作用也不完全。因此NH3-N的去除率都是随水力停留时间的增加而升高。CW-1和CW-2系统NH3-N去除率的季节变化基本遵循“夏季＞秋季＞春季＞冬季”的规律。在HRT为1 d～8 d时，CW-1湿地系统的NH3-N去除率为春季58.6%～75.8%，夏季56.6%～90.3%，秋季59.4%～77.3%，冬季43.5%～55.9%；CW-2湿地系统的NH3-N去除率为春季64.8%～71.4%，夏季62.6%～90.2%，秋季64.7%～76.5%，冬季45.7%～60.2%。CW-1和CW-2湿地系统均为夏季最高，出水NH3-N浓度最低，这可能是由于夏季温度较高，植物生长茂盛与硝化细菌活性强综合作用的结果。CW-1湿地NH3-N的全年去除率与CW-2湿地相比略微偏低，这可能是由于沸石对NH3-N的吸附作用，使得CW-2湿地对NH3-N的去除效果略好。从图6-7可以看出，在春夏秋三季，当HRT≥2 d时，两种湿地系统出水中的NH3-N均小于0.5mg/L，达到《地表水环境质量标准》（GB 3838—2002）Ⅱ类水标准，而在冬季，湿地系统的NH3-N去除率较低，平均为51.1%，53.9%，并且随着水力停留时间的增加，反而出现下降的趋势，这可能是因为在冬季硝化细菌数量大量减少，并且沸石的NH3-N吸附量已经达到饱和，所以去除率偏低，但是其出水中NH3-N的浓度仍小于1 mg/L，稳定达到Ⅲ类水标准。

图6-7　进出水的NH3-N浓度及其去除率与水力停留时间的关系

不同季节下2种系统的进出水TN及其去除率与水力停留时间的关系如图6-8所示。由图可见，CW-1、CW-2湿地系统TN的去除率基本上是随水力停留时间的增加而升高的，去除率的季节变化基本遵循“夏季＞秋季＞春季＞冬季”的规律。在HRT为1d～8d时，CW-1湿地系统的TN去除率为春季70.8%～91.0%，夏季73.9%～94.4%，秋季66.5%～84.8%，冬季53.4%～67.8%；CW-2湿地系统的TN去除率为春季73.8%～91.8%，夏季65.9%～93.6%，秋季75.0%～87.8%，冬季53.8%～68.0%。CW-2在TN的去除表现上略好于CW-1，这和NH3-N的去除规律基本一致。春夏秋三季，在HRT≥2 d时，两种湿地系统出水中的TN基本小于2 mg/L，达到《地表水环境质量标准》（GB 3838—2002）Ⅴ类水标准，而在冬季，湿地系统的TN去除率较低，平均为60.4%，62.9%，并且随着水力停留时间的增加，去除率呈现波动变化，但是两种系统的出水也都能稳定达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB 18918—2002）一级A标准。

根据以上分析可知，如采用水平潜流人工湿地去除尾水中的以NH3-N和有机氮为主的氮素，推荐使用沸石作为填料，春夏秋冬四季水力停留时间都应不短于2 d。

2.水力停留时间对磷去除率的影响分析

图6-8　进出水的TN浓度及其去除率与水力停留时间的关系(www.xing528.com)

不同季节下2种系统的进出水TP浓度及其去除率与水力停留时间的关系如图6-9所示。4个季节进水的TP浓度都有一定的波动，为0.53～0.81 mg/L。夏秋冬三季，系统对TP的去除率都随着水力停留时间的延长而呈现出不同幅度的递增趋势。从全年数据看，两种系统对TP的去除规律在不同季节内有一些差异，除春季外，CW-1和CW-2系统对TP的去除率都非常接近。在春季，当HRT≥6 d时，两种系统对TP的去除率趋于相同，为64.91%。在夏秋两季，当HRT≥4 d时，两种系统对TP的去除率不再随着水力停留时间的增加而增加，去除率趋于平稳，其出水都能够稳定达到《地表水环境质量标准》（GB 3838—2002）Ⅱ类水标准，在其他各工况CW-1、CW-2系统出水也均能达到Ⅳ类水标准。在春冬两季，人工湿地系统对TP的去除效果稍差。春季TP的去除率随着水力停留时间的变化并不明显，但是去除率仍能够保持在50%～70%，出水TP基本能够保持在Ⅳ类水标准以上。在冬季，HRT≤4 d时人工湿地系统对TP的去除率维持在较低的水平，为37.7%～59.1%，CW-1的去除效果略好于CW-2，在HRT≥6 d时，两种湿地系统的去除率基本达到最大值并趋于平稳，出水水质稳定在Ⅳ类水标准。

图6-9　进出水的TP浓度及其去除率与水力停留时间的关系

3.水力停留时间对有机物去除率的影响分析

不同季节下两种系统的进出水CODCr浓度及其去除率与水力停留时间的关系如图6-10所示。四个季节进水的CODCr浓度都有一定的波动，但系统对CODCr的去除率随水力停留时间的增加呈现不同幅度的递增趋势。

在春季，当HRT＜2 d时，两种人工湿地系统的CODCr去除率有一定的差异，CW-1的去除率相对较高，优于CW-2。但当HRT≥2 d时，两种系统的去除率趋于相同，并且当HRT≥6 d时，随着HRT的增加，两种系统的CODCr去除率并没有增加，反而呈现出下降趋势。在夏季，两种系统对尾水均有很好的净化作用。当HRT=1 d时，两种系统CODCr的去除率就已经达到65%以上，分别为72.0%和67.2%；当HRT≥2 d时，两种系统CODCr的去除率趋于平稳，都在80%左右浮动，出水CODCr均可达到《地表水环境质量标准》（GB 3838—2002）Ⅲ类水标准。在秋季，两种人工湿地系统的CODCr去除率都随着HRT的增加而增加，CW-1系统的平均去除率为68.0%，略好于CW-2系统的65.0%。当HRT≥2 d时，两种系统的出水可以稳定达到《地表水环境质量标准》（GB 3838—2002）Ⅳ类水标准。在冬季，两种系统虽然对CODCr的去除率也随着HRT的增加而增加，但是其去除率只维持在一个较低的水平。CW-1系统在HRT为8 d时，CODCr的去除率最高只为53.7%，CW-2系统在HRT为6 d时去除率最高，但也仅为44.0%。在水平潜流人工湿地中，有机物的降解主体是微生物，湿地中微生物的数量决定着系统对CODCr的去除状况。生物陶粒相对于沸石来说，粒径较小，比表面积较大，能够附着更多的微生物，所以CW-1系统的CODCr去除率略高于装有沸石填料的CW-2系统。温度直接影响了微生物的生长状况，并导致了人工湿地对CODCr的去除状况的季节性变化。在春夏秋三季，当HRT≥2d时，两种水平潜流人工湿地系统的出水都能够稳定达到《地表水环境质量标准》（GB 3838—2002）Ⅳ类水标准；在冬季，两种水平潜流人工湿地系统对于CODCr的处理效果都不是很理想，可以通过延长系统的水力停留时间来提高CODCr的去除率。

图6-10　进出水的CODCr浓度及其去除率与水力停留时间的关系