人工湿地优化设计及其对城市径流污染物净化效果

来源 :山西农业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:wangyang2005
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近些年来,城市化的快速发展导致城市水生态问题愈加严重,以雨水径流污染为主的面源污染成为影响城市水环境的重要因素。海绵城市理念强调实现对雨水资源的污染控制与再次利用,能够让城市弹性适应环境变化和自然灾害。人工湿地是一种生态可持续的绿色工程技术,具有调节洪峰流量、去除径流污染、美化城市环境的功能,在海绵城市的建设中被广泛推广应用。本研究采用潮汐流(TF-CW)—潜流(SF-CW)复合人工湿地工艺(TF-SF CW),以砾石(GR)和农业生产废弃物—菌糠(SMS)为填料基质,种植净水观赏植物黄菖蒲(Iris pseudacorus L),分析该系统对城市雨水径流中常见污染物(TN、TP、NH4+-N、NO3--N、COD、Cu2+)的去除效果,探究人工湿地内部微生物群落变化对污染物去除效果的影响,并结合已有的研究成果,为人工湿地的推广应用提供科学参考,为城市景观的建造和管理提供策略。主要研究结果如下:(1)随着水力停留时间的增加,两组人工湿地系统对NH4--N、NO3--N、Cu2+保持稳定的去除效果,对COD、TN的去除效果在不同水力停留时间下的波动性较高。实验表明当TF-CW单元在淹没期为6h,闲置期为6h;SF-CW单元在水力停留时间为12h时,两组人工湿地系统运行效果较好。此时SMS-CW系统对CODcr、NH4+-N、NO3--N、TN、TP、Cu2+的去除率分别为:81.43%、78.61%、84.19%、37.23%、16.21%、48.57%;GR-CW系统的去除率分别为:78.05%、83.75%、94.12%、45.15%、77.24%、61.19%。(2)两个系统在降雨重现期为0.5a、1a、3a下对径流中的污染物去除效果逐渐增加,在3a时对各对污染物的去除效果较好,降雨重现期为5a时两个系统难以保持很好的稳定性。当降雨重现期为3a,进水为高污染负荷时,对于CODcr、NH4+-N、NO3--N、TN、TP、Cu2+这几类常见径流污染物,SMS-CW系统的去除率分别为:77.79%、79.65%、86.25%、94.50%、40.58%、47.94%;GR-CW系统的去除率分别为:96.04%、86.40%、98.50%、93.06%、90.89%、62.88%。(3)长期运行下,植物的生长与温度对两个系统的运行影响较大。SF-CW单元在长期运行下的稳定性较差,对于一些污染物的去除无促进效果;两组人工湿地系统对COD、NH4+-N、TN的去除效果逐渐下降;对NO3--N的去除效果稳定;对TP和Cu2+的去除效果逐渐上升。SMS-CW系统对CODcr、NH4+-N、NO3--N、TN、TP、Cu2+的平均去除率分别为:71.30%、59.45%、95.03%、70.91%、65.97%、28.67%;GR-CW系统的平均去除率分别为:76.35%、63.99%、95.27%、80.83%、87.64%、40.22%。净水观赏植物黄菖蒲生长状况良好,平均株高在四个人工湿地单元依次为SMS-TFCW(65.4cm)>GR-SFCW(63.3cm)>SMS-SFCW(61.8cm)>GR-TFCW(47.0cm);平均根长依次为GR-SFCW(14.25cm)>SMS-TFCW(10.53cm)>GR-TFCW(9.68cm)>SMS-SFCW(9.51cm)。(4)在门水平上,Firmicutes(厚壁菌门)、Chloroflexi(绿弯菌门)、Proteobacteria(变形菌门)、Actinobacteriota(放线菌门)、Bacteroidota(拟杆菌门);纲水平上Bacteroidia(拟杆菌纲)、Alphaproteobacteria(α-变形菌纲)、Bacilli(芽孢杆菌纲)、Actinobacteria(放线菌纲)、Gammaproteobacteria(γ-变形菌纲)是两个湿地系统内各单元丰度最高的五类微生物。两个人工湿地系统主要的除氮功能微生物为Bacillus(芽孢杆菌)、Pseudomonasn(假单胞菌属)、Hydrogenophaga(噬氢菌属)、Thauera(索氏菌属)、Nitrosospira(亚硝化螺菌属)。主要除磷微生物为Pseudomonas(假单胞菌属)、Dechloromonas(脱氯菌属)、Bacillus(芽孢杆菌)、Acinetobacter(不动杆菌属)、Rhodococcus(红球菌属)、Aeromonas(气单胞菌属),运行方式与基质的差异导致两个湿地系统的功能菌的种类不同。
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