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人工湿地(ConstructedWetlands,CWs)是20世纪70年代发展起来的一种污水处理技术,利用物理、化学和生物学的三重协同作用净化水质,具有净化效果好、运行费用低、易维护等特点,特别适合中小城市污水处理。人工湿地可分为自由表面流人工湿地和潜流式人工湿地两种类型,和自由表面流人工湿地相比,潜流型人工湿地占地面积小,适合在土地资源紧缺的地方建造,近年来研究和应用较为广泛。但目前潜流湿地普遍存在着负荷低、脱氮除磷效果差、冬季净化效率低等缺点,限制了该技术的推广应用。
植物、基质和微生物是潜流式人工湿地污水处理系统的基本构成,对潜流湿地组成要素的优化可以提高系统的净化功能。本研究通过水生植物的筛选与优化组合、微生物的筛选和基质的筛选等方面的工作,为构建生物强化潜流式人工湿地污水处理系统奠定基础。
通过研究得到如下主要结果:在水生植物的筛选与优化组合方面。研究表明不同植物对氮磷的去除能力差别较大,千屈菜、普通菖蒲、红花美人蕉、达氏香蒲对NH4+-N净化效果较好;普通菖蒲、千屈菜、金叶黄菖蒲对NO3--N净化效果较好;红花美人蕉、凤眼莲、千屈菜、石菖蒲对TP净化效果较好。千屈菜与石菖蒲的组合能提高NH4+-N与TP的净化效果;千屈菜与红花美人蕉的组合、普通菖蒲与红花美人蕉的组合能提高TP的净化效果。
在微生物的筛选方面。采用平板划线法从人工湿地污水处理系统的底泥和污水中分离得到23株细菌,其中有8株对灭菌污水和自然污水COD均有较高的去除率。从人工湿地污水处理系统底泥中分离筛选得到一株光合细菌菌株NS,对菌株NS的性质和对生活污水的净化能力进行研究。该菌株对生活污水具有较好的净化效果,在适宜条件下,经72h,在黑暗好氧条件下对生活污水COD的去除率可达46.8%,在光照厌氧条件下对生活污水COD的去除率为36.0%。
在基质的筛选方面。使用3种不同基质(沸石、页岩陶粒、碎石)和水生植物(芦苇)构建4个人工湿地污水处理单元,研究不同处理单元对污水的净化效果。在设计水力停留时间3d,连续进出水的情况下,结果表明不同处理单元对污水的净化效果有明显差异。碎石单元对COD和TP的去除效果最好,页岩陶粒单元次之,沸石单元效果最差。沸石单元对污水中的NH4+-N具有很好的去除效果。