趙同宇

（遼陽市城市管理事務(wù)服務(wù)中心，遼寧 遼陽 111000）

隨著經(jīng)濟建設(shè)不斷發(fā)展，國內(nèi)涌現(xiàn)出大批郊區(qū)道路［1］。作為連接城鄉(xiāng)與高速路口的緩沖地帶，也在一定程度上起到“城市名片”的作用。設(shè)計上大多采用寬且直的樣式，這將導(dǎo)致路邊住戶居住松散，進而忽視周圍的環(huán)境維護問題。沿途的生活污水處理研究一直處于起步階段，污水中含有豐富氮磷物質(zhì)，是植物生長的必備元素，也會導(dǎo)致水生厭氧生物大量繁殖，使水體惡化發(fā)臭。國內(nèi)現(xiàn)投入使用的多半為化學(xué)除磷法和物理除磷法；人工濕地系統(tǒng)是一種新型的生物除磷系統(tǒng)，它將污水中過量的氮磷物質(zhì)轉(zhuǎn)化成為系統(tǒng)中植物的養(yǎng)料，破壞了厭氧生物的生存環(huán)境，有效改善水體。傳統(tǒng)的化學(xué)除磷法會有有害化學(xué)制劑殘留，會改變土壤酸堿度，影響農(nóng)作物的生長；物理除磷法浪費大量人力物力，并不能高效持久的去除水體總磷。實施人工濕地系統(tǒng)除磷的方案，可以達到效率高、耗能低、綠色環(huán)保等功效。

溶解在水中分子態(tài)氧稱為溶解氧。水中溶解氧濃度可通過碘量測定法判斷含量的多少。不同的溶解氧濃度會改變?nèi)斯竦叵到y(tǒng)中厭氧區(qū)域分布，進而影響微生物生長；此外人工濕地系統(tǒng)中，基質(zhì)的微觀組成中含有大大小小的坑洼，這會在基質(zhì)表面形成一層生物膜，溶解氧濃度變化的同時也會改變生物膜構(gòu)造。因此溶解氧會對人工濕地系統(tǒng)除磷性能產(chǎn)生影響。

1 實驗設(shè)備

1.1 實驗試劑

濃硫酸（98%）、鉬酸銨、抗壞血酸，天津科密歐化學(xué)試劑有限公司（分析純）；酒石酸銻氧鉀，天津致遠化學(xué)試劑有限公司（分析純）；磷酸二氫鉀、氫氧化鈉，天津奧普升化工有限公司（分析純）;硫酸錳、碘化鉀，北京化工廠（分析純）；可溶性淀粉，上海阿拉丁生化科技有限公司（分析純）。

1.2 實驗儀器

分析天平 BSA124S 、高壓蒸汽滅菌鍋YXQ-LS-100G，沈陽瑞永興化玻儀有限公司；多通道蠕動泵BT600-2J，保定創(chuàng)銳泵業(yè)有限公司。烘箱101-3AB、馬弗爐SX-4-10，天津市泰斯特儀器有限公司；紫外分光光度計UV-5500，上海元析儀器有限公司；水溶性分析儀SX723，上海三信儀表廠。

1.3 模擬人工濕地系統(tǒng)設(shè)備的制作

為更好增強對磷的吸收作用，同時有利于水生濕地植被扎根生長［2］，人工濕地系統(tǒng)基質(zhì)層設(shè)計從下到上，基質(zhì)顆粒逐漸變細，底層設(shè)置防滲層防止水樣流出，影響總磷檢驗結(jié)果；上層布置植物生長土壤，為水生植物生長提供場所；中間顆粒直徑逐漸過渡，有利于植物的根系舒展，吸收水中氮磷物質(zhì)，也有利于水中微生物活動生存。厚度及材料由下到上分別為25 cm 壓實防滲層、25 cm 爐渣、25 cm陶粒、25 cm 沸石、10 cm 土壤等，在土壤層上部10 cm 處增設(shè)入水口，方便進水同時減少水流的沖擊作用；下部離水桶底部5 cm 處安裝排水閥門，能夠使水體總磷被充分吸收，保證結(jié)果有效性；在桶內(nèi)閥門處設(shè)置鋼絲濾網(wǎng)，可以有效防止大顆粒雜物的掉落。植被選擇美人蕉、蘆葦、香蒲共3 種挺水及浮水植物，該種植物在中國境內(nèi)較為常見，大規(guī)模制造濕地系統(tǒng)時可就地取材。試驗裝置如圖 1所示。

圖1 人工濕地模擬裝置

2 人工濕地系統(tǒng)除磷率曲線繪制

2.1 碘量法測定水中溶解氧

將吸管插入溶解氧瓶內(nèi)水體液面下，加入1 mL硫酸錳溶液、2 mL 堿性碘化鉀溶液。充分混合后靜置，等待棕色沉淀物穩(wěn)定，并靜置1.5 h。然后再次攪拌并再次等待沉淀物穩(wěn)定。使用儀器析出沉淀物中的碘，將反應(yīng)裝置瓶小心打開，將吸管插入液面下加入2 mL 硫酸，再把瓶蓋蓋回，整個過程應(yīng)輕拿輕放，動作迅速。之后將裝置放于暗處等待5 min。移取100.0 mL 溶解氧液體，加入反應(yīng)裝置中顛倒搖勻，待沉淀物完全溶解。接下來采用硫代硫酸鈉溶液進行滴定實驗，隨著滴定溶液的不斷添加，溶液顏色逐漸變淡，當(dāng)溶液呈淡黃色時，向容器內(nèi)加入1 mL 可溶性淀粉溶液。之后繼續(xù)滴定，直到藍色消失瞬間實驗停止。記錄下各試劑所用計量，利用以下公式計算可知溶解氧含量：

2.2 TP 法測定總磷去除率

為研究溶解氧對人工實體系統(tǒng)出磷性能影響，采用兩組圖1 裝置進行對照分析，進水口水樣設(shè)定D1=1.62 mg·L-1、D2=4.32 mg·L-1一高一低兩個不同的DO 值。將裝置放于陽面通風(fēng)處，模擬郊區(qū)道路空曠環(huán)境，促進植物順利生長。裝置溫度、pH 值、水流流速的其他條件均符合人工濕地運行條件，使檢測目的更為明確。進水口總磷濃度變化范圍為3.68～4.52 mg·L-1，較符合沈陽附近流域總磷量變化范圍。試樣共觀測48 h，每間隔12 獲取一次出水口水樣。在外界條件不變情況下，重復(fù)以上操作3 次，避免人為因素產(chǎn)生的結(jié)果誤差。

取6～8 只50 mL 有塞比色管，分別加入0、0.5、3.0、5.0、10.0、15.0 mL 磷酸鹽標(biāo)準(zhǔn)使用液，再填水至50 mL。加入1 mL 10%抗壞血酸溶液，搖勻。靜置后加入2 mL 鉬酸鹽溶液，搖勻。靜置15 min。放置于700 mm 波長處從零濃度開始，測量10 mm或30 mm 比色皿中水樣吸光度；離心模擬人工濕地裝置出水口的水樣，取上層清液進行濾膜過濾或水樣消解（使含磷量≤30μg）。將其放入50 mL 比色管中，用水稀釋到標(biāo)線，按照繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線的操作重復(fù)一遍，并對照校準(zhǔn)曲線確定含磷量。進水口總磷量與出水口總磷量差值比上進水口總磷量可得模擬系統(tǒng)除磷率，根據(jù)數(shù)據(jù)繪制除磷率曲線。

2.3 不同溫度下除磷性能研究

為進一步明確除磷性能的決定性因素，本節(jié)探討溫度改變時對模擬系統(tǒng)的影響。采用3 組圖1 裝置，分開種植蘆葦、美人蕉、香蒲。參考所種植物生長環(huán)境的溫度范圍并加以擴大，設(shè)置溫度變化為22～32 ℃，并以2 為梯度逐次遞增的6 組設(shè)備。將其放于陽面通風(fēng)處，保證系統(tǒng)順利運行，進水口總磷濃度變化范圍3.68～4.52 mg·L-1，水樣酸堿度為7～9。10 h 后取出水口水樣，采用TP 法檢測磷含量，并繪制不同溫度下模擬濕地系統(tǒng)除磷量曲線、模擬濕地系統(tǒng)除磷率曲線如圖2、圖3。

圖2 不同溫度下總磷去除量

圖3 不同溫度下總磷去除率

由圖中曲線可以明顯看出，溫度較高時（≥30 ℃）除磷量削減近一半，不同植物除磷率降低到65%左右；溫度較低時（≤24 ℃）除磷量在80%左右；溫度為24～30 ℃時，除磷率最高接近90%。當(dāng)不同濕地系統(tǒng)的環(huán)境溫度變化時，各組除磷率數(shù)值相近；溫度超過30 ℃時，除磷效果大幅減弱。因此，人工濕地系統(tǒng)不具備較好的耐熱性能，溫度是影響除磷性能的關(guān)鍵性因素之一。

3 結(jié)果與討論

人工濕地系統(tǒng)因構(gòu)造上密下疏的原因，存在厭氧區(qū)與非厭氧區(qū)。水體中溶解氧含量的改變，會影響水生生物發(fā)揮喜氧與厭氧作用的區(qū)域。生物對總磷的分解化解作用大部分發(fā)生在厭氧區(qū)。改變?nèi)芙庋鯘舛葧淖儏拝^(qū)域分布，對生化作用產(chǎn)生影響，進而導(dǎo)致總磷未被充分吸收排入水中，降低系統(tǒng)除磷效率［3］。此外，人工濕地系統(tǒng)所建造的基質(zhì)內(nèi)部微觀是凹凸不平的表面，可以為水生生物提供生活場所，加速形成表面生物膜。溶解氧含量的變化會影響活性位置點的產(chǎn)生，對基質(zhì)顆粒的除磷效果產(chǎn)生影響。

本文采用鉬銻抗分光光度法測量模擬人工濕地系統(tǒng)除磷量，繪制不同溶解氧濃度下系統(tǒng)吸收總磷量對比圖，如圖4，計算并繪制不同溶解氧濃度下系統(tǒng)除磷率曲線如圖5。

圖4 不同DO 值下總磷去除量

圖5 不同DO 值下總磷去除率

由圖中曲線變化可以看出，溶解氧質(zhì)量濃度為1.62 mg·L-1時去磷范圍平均值3.525 mg·L-1,在溶解氧質(zhì)量濃度為4.32 mg·L-1時，去磷范圍平均值3.58 mg·L-1。平均除磷率分別為81.5%和83.0%左右。

4 結(jié)論

1）模擬人工濕地系統(tǒng)對水體中磷的吸收率可達80%以上，是更為高效環(huán)保的生態(tài)污水處理措施。

2）模擬裝置式中所用植物，蘆葦、美人蕉、香蒲前期對磷的吸收速度相近。在36 h 之后蘆葦與香蒲吸收率略有下調(diào)，說明美人蕉除磷性能更持久。

3）曲線走向可以看出，較高溶解氧濃度和較低溶解氧濃度前期磷吸收量相近，36 h 之后較高濃度溶解氧下模擬系統(tǒng)除磷率略有下調(diào)，說明高濃度下系統(tǒng)更易達到飽和狀態(tài)，或?qū)ο到y(tǒng)性能產(chǎn)生輕微的削減作用。

4）人工濕地系統(tǒng)在水樣進入初期吸收磷的作用很強，但在進水36 h 左右之后，吸收量逐漸減少，系統(tǒng)到達一個飽和狀態(tài)。因此在使用人工濕地系統(tǒng)的同時，也應(yīng)注意減少污水排放量。

5）數(shù)據(jù)顯示，不同溶解氧下模擬系統(tǒng)吸收磷量不同，溶解氧濃度較高時，吸收總磷量較多。

6）溶解氧對模擬系統(tǒng)去除總磷性能有一定影響，但各濃度下總體除磷率曲線走勢相近，各時間點除磷率數(shù)值差異不大，故DO 值可不做人工濕地系統(tǒng)除磷效益的決定性因素。