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本试验主要针对农村生活污水污染问题,基于研究团队前期构建的废砖垂直流人工湿地的基础上,进一步研究系统净化生活污水的效果,对系统运行过程中关键参数进行优化。通过温室人工湿地模拟,以传统石灰石垂直流人工湿地为对照,设置系统是否种植植物、不同污染负荷、不同水力负荷和不同间歇时间处理,分析废砖垂直流人工湿地系统对化学需氧量(CODCr)、氨氮(NH4+-N)、总氮(TN)、总磷(TP)的去除效果,确定废砖垂直流人工湿地运行的最佳条件,综合分析系统的去污机理,并提出改善此人工湿地运行条件,优化湿地设计,以期更加有效地应用于实际工程中。主要研究结果如下:
1、种植植物对人工湿地系统污染物的去除有促进作用,且废砖人工湿地效果明显优于石灰石人工湿地。两种人工湿地系统在种植空心菜后,废砖人工湿地系统对TN、TP、NH4+-N和CODCr的去除率分别提高了25%、7%、14%和18%;石灰石人工湿地系统对TN、TP、NH4+-N和CODCr的去除率分别提高了14%、4%、5%和16%。在种植与未种植空心菜的情况下,废砖人工湿地系统对TP的去除率均显著高于石灰石人工湿地系统,而其他指标的去除效果差异不大。
2、随着污染负荷的增加,两种人工湿地系统对污染物的去除率呈现下降的趋势。低污染负荷处理两种人工湿地系统对污染物的去除率显著高于高污染负荷处理。低污染负荷(TN:10mg/L,TP:1mg/L,CODCr:100mg/L)情况下,废砖人工湿地对TN、TP、NH4+-N的去除率分别为61%,86%,64%;石灰石人工湿地系统对TN、TP、NH4+-N的去除率分别为61%,78%,61%。在4种污染负荷下,废砖人工湿地系统对TP的去除率显著高于石灰石人工湿地系统,而TN、NH4+-N的差异不大。在污染负荷为TN:40mg/L,TP:7mg/L,CODCr:300mg/L情况下,两种人工湿地系统对CODCr的去除率最高,废砖人工湿地可达到83%,石灰石人工湿地的为81%。
3、不同水力负荷条件下,人工湿地系统对污染物的去除效果存在差异显著。随着水力负荷的增加,污染物的去除率下降。水力负荷为0.2m/d时,人工湿地系统对污染物的净化效果最好。该水力负荷下,废砖人工湿地系统对TN、TP、NH4+-N以及CODCr的去除率分别为69%、72%、70%和88%;石灰石人工湿地系统对TN、TP、NH4+-N以及CODCr的去除率分别为74%、63%、76%和86%。
4、间歇式进水方式能够有效提高人工湿地系统对生活污水中污染物的TN、TP、NH4+-N以及CODCr的去除,废砖与石灰石人工湿地系统运行最佳的湿干比均为1:5。
5、外界环境因素对人工湿地系统运行会产生一定的影响。两种人工湿地系统对污水中TN、TP、NH4+-N的去除与进水水温、电导率、DO具有显著相关性。
综上所述,废砖垂直流人工湿地系统对的污水净化效果优于石灰石垂直流人工湿地系统。废砖垂直流人工湿地系统运行最佳条件为,配置湿地植物;水力负荷0.2m/d~0.4m/d;污染负荷为TN:10mg/L,TP:1mg/L,CODCr:300mg/L;湿干比为1:5。
1、种植植物对人工湿地系统污染物的去除有促进作用,且废砖人工湿地效果明显优于石灰石人工湿地。两种人工湿地系统在种植空心菜后,废砖人工湿地系统对TN、TP、NH4+-N和CODCr的去除率分别提高了25%、7%、14%和18%;石灰石人工湿地系统对TN、TP、NH4+-N和CODCr的去除率分别提高了14%、4%、5%和16%。在种植与未种植空心菜的情况下,废砖人工湿地系统对TP的去除率均显著高于石灰石人工湿地系统,而其他指标的去除效果差异不大。
2、随着污染负荷的增加,两种人工湿地系统对污染物的去除率呈现下降的趋势。低污染负荷处理两种人工湿地系统对污染物的去除率显著高于高污染负荷处理。低污染负荷(TN:10mg/L,TP:1mg/L,CODCr:100mg/L)情况下,废砖人工湿地对TN、TP、NH4+-N的去除率分别为61%,86%,64%;石灰石人工湿地系统对TN、TP、NH4+-N的去除率分别为61%,78%,61%。在4种污染负荷下,废砖人工湿地系统对TP的去除率显著高于石灰石人工湿地系统,而TN、NH4+-N的差异不大。在污染负荷为TN:40mg/L,TP:7mg/L,CODCr:300mg/L情况下,两种人工湿地系统对CODCr的去除率最高,废砖人工湿地可达到83%,石灰石人工湿地的为81%。
3、不同水力负荷条件下,人工湿地系统对污染物的去除效果存在差异显著。随着水力负荷的增加,污染物的去除率下降。水力负荷为0.2m/d时,人工湿地系统对污染物的净化效果最好。该水力负荷下,废砖人工湿地系统对TN、TP、NH4+-N以及CODCr的去除率分别为69%、72%、70%和88%;石灰石人工湿地系统对TN、TP、NH4+-N以及CODCr的去除率分别为74%、63%、76%和86%。
4、间歇式进水方式能够有效提高人工湿地系统对生活污水中污染物的TN、TP、NH4+-N以及CODCr的去除,废砖与石灰石人工湿地系统运行最佳的湿干比均为1:5。
5、外界环境因素对人工湿地系统运行会产生一定的影响。两种人工湿地系统对污水中TN、TP、NH4+-N的去除与进水水温、电导率、DO具有显著相关性。
综上所述,废砖垂直流人工湿地系统对的污水净化效果优于石灰石垂直流人工湿地系统。废砖垂直流人工湿地系统运行最佳条件为,配置湿地植物;水力负荷0.2m/d~0.4m/d;污染负荷为TN:10mg/L,TP:1mg/L,CODCr:300mg/L;湿干比为1:5。