复合基质折流板式人工湿地污水净化效能研究

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本文主要研究采用复合基质折流板式人工湿地对水中污染物去除效能及特性。首先运用Langmuir与Freundlich等温吸附模型和准一级与准二级动力学模型分析,筛选出具备高效脱氮除磷效果的沸石、膨胀蛭石和火山石三种基质,并对其进行适当的组合搭配作为复合型折板式潜流人工湿地的吸附基质。其次,研究在不同水力负荷连续流和间歇运行条件下,复合型人工湿地对CODcr、NH4+-N和TP污染物的去除效能,以及污染物在湿地系统各基质段内的净化特征;通过对照比较试验,研究植物对湿地净化作用效果,并对湿地脱氮除磷的机理进行了探讨;最后分析人工湿地基质在自然恢复期间的吸附能力恢复效果及影响基质恢复的因素。得出以下主要结论:  (1)基质静态吸附影响因素实验结果表明:基质对氨氮的吸附量从大到小依次为:沸石>膨胀蛭石>火山石>生物陶粒>砾石,对磷的吸附量从大到小依次为:膨胀蛭石>火山石>沸石>生物陶粒>砾石。基质吸附速率,呈现出“快速吸附,缓慢平衡”的二阶段特征,对氨氮的吸附速率快慢顺序依次为:膨胀蛭石>火山石>沸石,对磷的吸附速率快慢顺序依次为:膨胀蛭石>火山石>沸石。复合吸附基质在沸石、膨胀蛭石和火山石的配比为1∶2∶1时污染物去除能力和经济型最好。  (2)水力负荷对人工湿地内各污染物去除具有重要影响。当水力负荷为0.28m3/(m2·d)运行阶段,各污染物去除效果较好;当水力负荷为0.56 m3/(m2·d)运行阶段,污染物出水浓度随运行时间缓慢增长,栽种植物湿地对CODcr、NH4+-N和TP的平均去除率分别为66.5%、100%和83.2%;当水力负荷为1.12 m3/(m2·d)运行阶段,受水力负荷冲击影响显著,各污染物出水浓度随时间增长迅速,湿地处理效果较差,栽种植物湿地对CODcr、NH4+-N和TP的平均去除率分别为61.7%、81%和57.5%。间歇运行阶段污染去除率较高,间隔停留时间对污染物去除影响明显,有利于提高湿地系统对污染物去除能力,第一间歇运行周期内有植物湿地对CODcr平均去除率为89.6%,对氨氮和磷的去除率都到达100%。  (3)植物通过根系向湿地复氧提高各污染物去除效果。栽种植物湿地耐冲击能力和污染物去除率均优于空白床湿地,在水力负荷为0.56 m3/m2·d条件下对CODcr和TP的平均去除率分别比空白床高出4.2%和14.6%;在水力负荷为1.18m3/m2·d条件下对CODcr、NH4+-N和TP的平均去除率分别比空白床高出6.9%、3.9%和5.1%;间歇运行第一周期内栽种植物湿地对CODcr、NH4+-N和TP污染物去除率比空白床湿地分别高出10.4%、2.4%和5.6%。  (4)湿地基质具有较强的自我恢复能力,栽种植物湿地的基质火山石、膨胀蛭石(香蒲)、膨胀蛭石(芦苇)、沸石自然恢复30天后对氨氮和磷吸附能力比恢复之前分别提高了51.7%、37.8%、40.3%、27.3%和31%、33.3%、48.1%、50%;空白床的湿地基质火山石、膨胀蛭石、沸石恢复30天后对氨氮和总磷吸附量比恢复之前分别提高了43.4%、37.7%、29.4%和28.9%、43.5%、43.8%;湿地基质吸附能力恢复速率先快后慢,运行前5天基质吸附能力恢复速率最快;植物和微生物的相互作用有利于基质吸附效能恢复。
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