含油廢水處理技術(shù)

人工濕地作為一種廢水生態(tài)處理工藝，按水流方式的不同，可以將其分為表流人工濕地、水平潛流人工濕地和垂直潛流人工濕地。

人工濕地主要由填料、水生植物和微生物三部分組成。在人工濕地凈化系統(tǒng)中，濕地植物的選擇是濕地設(shè)計(jì)中的重要環(huán)節(jié)。

近年來(lái)，將垂直潛流人工濕地應(yīng)用于生活污水以去除COD和氮、磷的研究較多，但對(duì)應(yīng)用于含石油類(lèi)化合物污水處理的研究較少。因此，筆者根據(jù)前期含油廢水濕地植物適應(yīng)能力篩選研究，從9種常見(jiàn)耐寒濕地植物中篩選出蘆葦、香蒲和海壽花來(lái)構(gòu)建垂直潛流人工濕地，開(kāi)展了垂直潛流人工濕地在不同植物條件下對(duì)含油廢水中的石油類(lèi)污染物、有機(jī)物和氮磷的去除效果研究，分析濕地植物的生長(zhǎng)趨勢(shì)和水體DO對(duì)濕地系統(tǒng)中污染物去除的相關(guān)性，以期為垂直潛流人工濕地凈化含油廢水提供參考。

1 材料和方法
 
1.1 實(shí)驗(yàn)裝置
 
在中國(guó)礦業(yè)大學(xué)南湖污水 處理站北邊建立垂直潛流式人工濕地處理系統(tǒng)，如圖 1所示。各濕地床體內(nèi)面尺寸為1.0 m×1.0 m×1.0 m，底部與四周以水泥墻封閉，并進(jìn)行防滲處理。另外，池底設(shè)有放空管，距離池底高度為700 mm處設(shè)置出水管以控制水位，距離池底高度400 mm處設(shè)置取樣口。各出水口鋪置兩層尼龍網(wǎng)以防止基質(zhì)堵塞。每個(gè)處理系統(tǒng)分為進(jìn)水區(qū)、填料區(qū)和出水區(qū)。填料區(qū)從下往上依次為礫石、生物陶粒、沸石和蛭石〔7〕，每種填料填鋪厚度為170~210 mm，基質(zhì)總高度約為750 mm。

 2012年4月于中國(guó)礦業(yè)大學(xué)南湖校區(qū)鏡湖內(nèi)采集蘆葦、香蒲和海壽花等濕地植物，按1 m2種植15~18株濕地植物的密度將植物植入濕地處理系統(tǒng)中。

1.2 實(shí)驗(yàn)水質(zhì)
 
垂直潛流人工濕地系統(tǒng)的進(jìn)水為人工合成污水，系選用生活污水處理后的回用水與原油攪拌混合而成。其中回用水取自中國(guó)礦業(yè)大學(xué)南湖污水處理站，原油由中國(guó)石化管道二公司研究院提供。進(jìn)水水質(zhì)如表 1所示。

1.3 實(shí)驗(yàn)方法
 
垂直潛流式人工濕地處理系統(tǒng)自2012-04-15試運(yùn)行，采用連續(xù)方式進(jìn)水，由進(jìn)水閥控制流量。2012-05-15首次采樣監(jiān)測(cè)，2012-11-17進(jìn)入冰凍期，停止運(yùn)行，系統(tǒng)運(yùn)行期間植物生長(zhǎng)情況正常。水力停留時(shí)間為5 d。

待系統(tǒng)運(yùn)行趨于穩(wěn)定，對(duì)人工濕地植物的株高及分蘗數(shù)進(jìn)行測(cè)量，測(cè)量頻率為每月5次。

人工濕地水質(zhì)指標(biāo)測(cè)定：采樣頻率為每月3次，現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定pH、DO，水樣采集后立即測(cè)定各污染物指標(biāo)。石油類(lèi)的測(cè)定用可見(jiàn)光分光光度法，COD采用重鉻酸鹽法、TN采用堿性過(guò)硫酸鉀-紫外分光光度法、TP采用鉬酸銨分光光度法測(cè)定。

1.4 數(shù)據(jù)處理和分析
 
采用SPSS19.0統(tǒng)計(jì)軟件對(duì)植物生長(zhǎng)趨勢(shì)和各污染物去除率進(jìn)行相關(guān)性分析。采用Origin8.0軟件整理數(shù)據(jù)、作圖。

2 結(jié)果與討論
 
2.1 垂直潛流人工濕地植物生長(zhǎng)趨勢(shì)及水體DO變化
 
2.1.1 垂直潛流人工濕地植物生長(zhǎng)趨勢(shì)
 
垂直潛流人工濕地植物生長(zhǎng)趨勢(shì)見(jiàn)圖 2。

 由圖 2可知，從5月至9月，3種濕地植物的株高和分蘗數(shù)均呈現(xiàn)增長(zhǎng)趨勢(shì)。3種濕地植物的株高增量和分蘗數(shù)增量均在9月達(dá)到最大值，說(shuō)明該時(shí)間段氣候適宜，是濕地植物生長(zhǎng)的旺盛期。進(jìn)入10月份后，氣溫開(kāi)始下降，濕地植物生長(zhǎng)受到影響，株高不再增加，植株不再進(jìn)行分蘗。11月份，濕地植物開(kāi)始出現(xiàn)葉片枯萎和掉落現(xiàn)象，植株容易折斷，株高和分蘗數(shù)迅速降低。3種濕地植物，蘆葦、香蒲和海壽花的株高增量和分蘗數(shù)隨時(shí)間變化差異顯著（P>0.1），均隨時(shí)間呈現(xiàn)先增大、后減小的趨勢(shì)。

通過(guò)比較3種濕地植物的株高變化趨勢(shì)，可以得出，濕地植物的月平均株高增量：香蒲>蘆葦>海壽花；濕地植物的月平均株高增長(zhǎng)率：蘆葦>香蒲>海壽花。通過(guò)比較3種濕地植物的分蘗數(shù)變化趨勢(shì)，可以得出，濕地植物分蘗數(shù)月平均增量：蘆葦>香蒲>海壽花；濕地植物分蘗數(shù)月平均增長(zhǎng)率：蘆葦>香蒲>海壽花。在植物枯萎階段，濕地植物的枯萎速率：香蒲>蘆葦>海壽花。

2.1.2 垂直潛流人工濕地水體DO變化
 
垂直潛流人工濕地系統(tǒng)進(jìn)出水DO濃度分布如圖 3所示。

 濕地系統(tǒng)進(jìn)水DO為0.75~1.14 mg/L，出水DO濃度較進(jìn)水變化較大。種植有海壽花、香蒲和蘆葦?shù)娜斯�濕地比�?duì)照組出水DO濃度高。海壽花、香蒲和蘆葦由于根系的泌氧作用，使得水體DO濃度得以升高；另外，植物根系生長(zhǎng)發(fā)育過(guò)程中對(duì)濕地填料的疏松作用，也很好地促進(jìn)了濕地表面的復(fù)氧。種植有植物的人工濕地出水DO濃度隨時(shí)間變化差異顯著（P>0.1）。

2.2 垂直潛流人工濕地對(duì)含油廢水的凈化效果
 
人工濕地系統(tǒng)進(jìn)水石油類(lèi)濃度變化范圍為69.72~146.52 mg/L。觀(guān)察垂直潛流人工濕地對(duì)含油廢水的凈化效果可知，海壽花、香蒲和蘆葦濕地系統(tǒng)對(duì)油的平均去除率分別為95.04%、96.13%、95.48%；對(duì)照濕地系統(tǒng)對(duì)含油量的平均去除率為93.43%，略低于栽有植物的濕地系統(tǒng)。4組人工濕地系統(tǒng)對(duì)石油類(lèi)污染物都有很高的去除率的原因是，建設(shè)濕地系統(tǒng)選用的蛭石、沸石和生物陶粒等填料對(duì)石油均具有極強(qiáng)的吸附能力，且針對(duì)石油類(lèi)污染物，組合使用填料，可增大對(duì)石油類(lèi)污染物的吸附量。通過(guò)多重比較檢驗(yàn)表明，種植海壽花、香蒲和蘆葦?shù)臐竦叵到y(tǒng)對(duì)石油類(lèi)的去除效果沒(méi)有顯著差異。對(duì)照組與種有海壽花和蘆葦?shù)臐竦叵到y(tǒng)對(duì)石油類(lèi)的去除效果也沒(méi)有顯著差異（P>0.05），說(shuō)明濕地植物對(duì)石油類(lèi)污染物的去除沒(méi)有起到顯著的促進(jìn)作用。

另外，在4組垂直潛流人工濕地系統(tǒng)中，對(duì)TN的去除率隨時(shí)間變化規(guī)律隨時(shí)間的變化趨勢(shì)均表現(xiàn)為：從6月到7月TN去除率平穩(wěn)緩慢增加，8月到9月TN去除率顯著提高，達(dá)到最高值，10月份之后TN去除率開(kāi)始緩慢降低。對(duì)照組、海壽花組、香蒲組、蘆葦組濕地系統(tǒng)對(duì)TN的平均去除率分別為：55.93%、63.35%、77.79%、66.70%。通過(guò)多重比較檢驗(yàn)結(jié)果表明，香蒲組濕地系統(tǒng)與對(duì)照組濕地系統(tǒng)對(duì)TN的去除效果有顯著差異（P＜0.01），香蒲組濕地系統(tǒng)與海壽花組對(duì)TN的去除效果有顯著差異（P＜ 0.05）。

人工濕地系統(tǒng)進(jìn)水TP質(zhì)量濃度的變化范圍是2.05~8.02 mg/L。根據(jù)《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 8978—1996），8月種有濕地植物的系統(tǒng)出水和11月香蒲組濕地系統(tǒng)出水能達(dá)到二級(jí)排放標(biāo)準(zhǔn)以外，其余測(cè)定結(jié)果均不能達(dá)標(biāo)。對(duì)照組、海壽花組、香蒲組和蘆葦組對(duì)TP的平均去除率為30.69%、46.63%、50.92%、58.88%，即4組垂直潛流人工濕地系統(tǒng)對(duì)TP的凈化效果由強(qiáng)到弱依次為：蘆葦組>香蒲組>海壽花組>對(duì)照組。通過(guò)多重比較檢驗(yàn)，結(jié)果表明，濕地植物對(duì)TP的去除存在顯著影響，蘆葦凈化TP的能力最強(qiáng)。

人工濕地系統(tǒng)對(duì)COD的去除效果十分明顯，對(duì)照組、海壽花組、香蒲組和蘆葦組對(duì)COD的平均去除率分別可達(dá)到83.98%、89.50%、90.42%、86.89%，即COD的去除效果為：香蒲組>海壽花組>蘆葦組>對(duì)照組。且每組濕地系統(tǒng)對(duì)COD的去除率隨時(shí)間的變化較小。通過(guò)多重比較檢驗(yàn)結(jié)果表明，種植海壽花、香蒲和蘆葦?shù)拇怪睗摿魅斯�濕地系統(tǒng)兩兩之間對(duì)COD的去除效果無(wú)顯著性差異，對(duì)照組與種有海壽花、香蒲和蘆葦?shù)臐竦叵到y(tǒng)也沒(méi)有顯著性差異。

2.3 垂直潛流人工濕地污染物去除與濕地植物生長(zhǎng)趨勢(shì)和DO相關(guān)性分析
 
為研究不同植物類(lèi)型人工濕地對(duì)污染物凈化效果的影響，以香蒲人工濕地為例，對(duì)植物生長(zhǎng)趨勢(shì)和DO濃度與各污染物的去除進(jìn)行相關(guān)性分析，結(jié)果見(jiàn)表 2。

表 2 香蒲人工濕地污染物去除率與植物生長(zhǎng)趨勢(shì)和 DO 的相關(guān)性（ N=7 ）

由表 2可知，香蒲濕地系統(tǒng)中，石油類(lèi)污染物去除率與DO相關(guān)性較強(qiáng)（r=0.986，P＜0.05），石油類(lèi)污染物去除率與植物生長(zhǎng)趨勢(shì)的相關(guān)性不顯著，其主要原因是，水體中的石油類(lèi)污染物的主要去除途徑是填料的吸附作用和微生物的降解作用，濕地植物對(duì)石油烴類(lèi)的吸收作用很小。而DO變化與微生物作用密切相關(guān)，間接影響微生物對(duì)石油類(lèi)污染物的降解。濕地植物也通過(guò)根系泌氧作用改善濕地系統(tǒng)內(nèi)的DO，促進(jìn)根際微生物的活動(dòng)，提高石油類(lèi)污染物的降解率。

香蒲人工濕地系統(tǒng)中，香蒲株高、分蘗數(shù)與TN、TP去除率均呈顯著正相關(guān)，這與徐德福等對(duì)水生植物對(duì)富營(yíng)養(yǎng)化水體的凈化作用研究結(jié)果一致。人工濕地系統(tǒng)中，TN、TP的去除主要依賴(lài)于植物的吸收和微生物作用。香蒲生長(zhǎng)速度快、生物量大，細(xì)密的蘆葦根系保障了對(duì)TN、TP的吸收，也為硝化/反硝化細(xì)菌等提供了穩(wěn)定的依附表面，促使香蒲人工濕地的脫氮除磷能力較強(qiáng)。

COD去除主要是填料的過(guò)濾作用和微生物的分解作用，在有植被的情況下，植物根系微生物能促進(jìn)有機(jī)污染物質(zhì)分解，提高人工濕地系統(tǒng)對(duì)COD的凈化能力。本研究中，COD去除率與香蒲的株高、分蘗數(shù)相關(guān)性較弱，與DO相關(guān)性較強(qiáng)，說(shuō)明栽種香蒲對(duì)COD的凈化作用影響較弱。且多重比較檢驗(yàn)結(jié)果表明，種植海壽花、香蒲和蘆葦?shù)拇怪睗摿魅斯�濕地系統(tǒng)兩兩之間對(duì)COD的去除效果無(wú)顯著性差異，對(duì)照組與種有海壽花、香蒲和蘆葦?shù)臐竦叵到y(tǒng)也沒(méi)有顯著性差異。

3 結(jié)論
 
（1）蘆葦、香蒲和海壽花，3種濕地植物的株高增量和分蘗數(shù)隨時(shí)間變化差異顯著（P>0.1）。濕地植物的月平均株高增量：香蒲>蘆葦>海壽花；濕地植物的月平均株高增長(zhǎng)率：蘆葦>香蒲>海壽花。濕地植物分蘗數(shù)月平均增量：蘆葦>香蒲>海壽花；濕地植物分蘗數(shù)月平均增長(zhǎng)率：蘆葦>香蒲>海壽花。具體參見(jiàn)http://www.yiban123.com更多相關(guān)技術(shù)文檔。

（2）濕地系統(tǒng)進(jìn)出水DO濃度變化較大。種植有海壽花、香蒲和蘆葦?shù)娜斯�濕地比�?duì)照組出水DO濃度高。種植有植物的人工濕地出水DO濃度隨時(shí)間變化差異顯著（P>0.1）。

（3）4組人工濕地系統(tǒng)對(duì)石油類(lèi)污染物的凈化效果很好，且4組濕地系統(tǒng)對(duì)石油類(lèi)的去除效果沒(méi)有顯著差異（P>0.05）。通過(guò)相關(guān)性分析，石油類(lèi)污染物去除率與DO相關(guān)性較強(qiáng)，與植物生長(zhǎng)趨勢(shì)相關(guān)性不顯著。

4）栽種植物的濕地系統(tǒng)脫氮除磷的能力均高于對(duì)照組。濕地植物的株高、分蘗數(shù)與TN、TP的去除率顯著正相關(guān)。

（5）人工濕地系統(tǒng)對(duì)COD的去除效果十分明顯。本研究中，COD去除率與植物的株高、分蘗數(shù)相關(guān)性較弱，與DO相關(guān)性較強(qiáng)，說(shuō)明栽種植物對(duì)COD的凈化作用影響較弱。