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人工湿地技术因具有投资运行费用低、处理效果稳定等优点,近年来得到了较快的发展,被越来越多的运用到污水处理,水质净化,水体修复等领域。
垂直流人工湿地由于其特殊的构造,在水流行进的路线上pH,溶解氧,微生物等呈现梯度分布,形成了好氧—缺氧—厌氧交替的功能区,具有较好的净化(特别是脱氮)能力。研究表明系统中脱氮的主要机制是微生物的硝化—反硝化作用,其中反硝化作用又是关键环节。此过程中碳源是重要的电子供体,其充分与否直接影响系统的脱氮效果,为主要限制性因素。在反硝化区域通过投加外源性碳源可以有效提高湿地的脱氮效果。本研究以黄花美人蕉、鸢尾、花叶芦竹、香蒲、再力花、千屈菜、梭鱼草七种湿地植物为碳源补充材料,在酸、碱、热、氨四种预处理方式下进行碳源缓释效果比较,优选出合适的反硝化碳源补充材料,并以垂直流人工湿地小试系统为研究对象,在水力负荷300mm.d-1,停留时间48h条件下探讨了反硝化碳源最适合添加位置以及最适合添加量。
主要研究内容及结果如下:
1、研究了黄花美人蕉、鸢尾、花叶芦竹、香蒲、再力花、千屈菜、梭鱼草七种植物材料碳源缓释效果,结果表明:鸢尾、花叶芦竹、梭鱼草有机物释放量较大,再力花的水解释放过程启动较慢,不适宜作为反硝化碳源补充材料,黄花美人蕉的水解释放会引起水中TP浓度的升高,因此较为合适的反硝化碳源补充材料为香蒲和千屈菜;植物水解会对系统环境产生一定的影响,为微生物营造出更适宜进行反硝化的环境,促进反硝化过程的进行;
2、研究了在酸、碱、热、氨四种预处理方式下香蒲和千屈菜植物材料碳源缓释效果,结果表明:不同预处理方式对不同植物材料进行处理后所产生的结果不完全相同。经过碱处理的千屈菜可以为反硝化提供充足的碳源,释放氮、磷营养较少,不会引起湿地系统出水水质的恶化,因此确定碱处理后的千屈菜为优选出的反硝化碳源补充材料;
3、以垂直流人工湿地小试系统为研究对象,分别向小试系统表层、上层、中层、下层投加相同量上述反硝化碳源补充材料,研究了预埋设固体缓释碳源材料的最佳埋设位置,结果表明:系统出现碳源供给不足的位置在湿地中下层;经过碱处理的千屈菜植物材料为反硝化提供了充足的电子供体,提高了系统的脱氮除磷效果,碳源添加位置为湿地下层时TN、TP去除率最高,可以达到同步脱氮除磷的效果,因此认为人工湿地反硝化碳源补充材料最合适的添加位置是湿地下层;
4、以垂直流人工湿地小试系统为研究对象,分别向小试系统下层添加不同量的上述反硝化碳源补充材料,研究了预埋设固体缓释碳源材料的最佳埋设量,结果表明:经过碱处理的千屈菜植物材料可以为人工湿地系统脱氮提供反硝化所需碳源,且具有缓效持续释放的特点,但添加过量则可能引起系统出水氮、磷含量的升高。添加量至C/N比为3时,系统达到最大程度的反硝化,TN、TP去除率最高,且不影响系统去除有机物的效果;当添加量至C/N比为5和8时,TN、TP去除率较C/N比为3时有所下降,同时降低了系统对有机物的净化效果,因此认为,经过碱处理的千屈菜植物材料在本系统中最适宜添加量为C/N为3,此投加量远低于在进水中为满足反硝化所需调控的C/N(5~8)比,该反硝化碳源补充材料及此种投加方式可以节约外加碳源成本。