6种多介质人工湿地对生活污水的净化效果研究

6种多介质人工湿地对生活污水的净化效果研究

随着经济的快速发展和人民生活水平的提高，污染水体的污染日益严重。大量氮、磷等养分废水直接排入河流、湖泊和海洋，导致水体富营养化。多年来,对选择何种湿地植物和基质才能提高人工湿地净化效率,进行了广泛的研究,并取得了一定的成果,选择芦苇(Phragmitesaustralis)、东方香蒲(Typhaorientalis)等生物量大的挺水植物,并突出生物多样性特色,对污染物去除有良好的效果1材料和方法1.1实验材料和材料综合考虑植物的抗污性、经济性和美观性,并依据生物多样性原则,选取多年生草本挺水植物芦苇、东方香蒲、碗莲(Nelumbonucifera)和水生美人蕉(Cannaglauca),浮水植物睡莲(Nymphaeaalba)和凤眼莲(Eichhorniacrassipes),沉水植物金鱼藻(Ceratophyllumdemersum)作为供试植物。实验以沸石、无烟煤和卵石为基质,其中沸石粒径为2~8mm,孔隙率为48.33%;无烟煤粒径为1~2mm,孔隙率为51.33%;卵石粒径为4~8mm。1.2方法1.2.1驳岸湿地的制作本实验装置为6个关联的实验容器。实验容器上部直径为50cm,内径为47cm;下部直径为40cm,内径为37cm,高55cm。6个实验容器的编号分别为A~F。各容器都设有可控制的进水和出水阀门。在距离容器底部25cm处安装进水管,在其对侧安装出水管,水管端口处用约10目的塑料窗纱包裹,防止基质和土壤颗粒堵塞水管,并在其周围填充少量大粒径卵石以紊乱水流(图1)。其中,A容器~D容器,在25~55cm深度层以1︰1的体积比分别填充沸石和无烟煤,在10~25cm深度层铺垫供植物生长的土壤;直接在E容器和F容器底部铺垫15cm厚的土壤。在A容器~D容器中分别种植芦苇、东方香蒲、碗莲和水生美人蕉株苗,在E容器种植睡莲—金鱼藻,在F容器种植凤眼莲—金鱼藻。在每个容器中,种植每种植物4株。湿地植物种植后,先加入自来水试运行,检验其完好性,并确定湿地污水处理量。随后养护两个月,其目的是:一方面,使植物适应桶内环境,成长至有一定的抗污性;另一方面,给出微生物充分生长的时间,使湿地系统具有更高的净化效率。养护期结束后,用葡萄糖、硫酸铵、硝酸钠和磷酸二氢钾人工配置出低氮和低磷、中氮和中磷、高氮和高磷3种不同浓度水平的生活污水。其中,在低氮和低磷污水中,总氮(TN)含量为10mg/L,氨氮(NH在3种浓度的污水中,加入等量的葡萄糖以提供碳源。打开6个连接流量计的阀门,关闭下方5个连接桶与桶的阀门,打开对应的取水口,使6个湿地单元形成6个独立的湿地处理系统,并且保持进水浓度和流速的一致。每个湿地单元污水滞留时间设计为5d,根据设定的污水滞留时间和实验设施的处理能力,确定以10L/d的进水速度按照先低浓度后高浓度的顺序投加污水,每批污水连续运行5d,在出水口取样,测定污染物的含量。1.2.2污染测定利用连续流动分析仪(SkalarScan1.2.3计算废水处理效率的方法污水净化效率的计算公式如下:在公式(1)中,η(%)为净化效率;C1.2.4处理数据采用SPSS13.0软件处理和分析数据。2结果与讨论2.1介质净化率不同根据污水处理前的污染物含量及处理后的含量,分别计算TN、NH由图3可以看出,A容器~F容器6种湿地单元对NO由图4可以看出,A容器~F容器6种湿地单元对各浓度污水中的TN都有很强的净化效率,都在74.44%~97.27%范围内,但是A容器~D容器湿地单元对TN的净化率显著高于E容器和F容器湿地单元,另外当污水浓度变化时,各容器的净化率变化存在差异。处理低浓度和中浓度污水时,A容器~D容器湿地单元去除TN的能力无显著差异,处理高浓度污水时,芦苇湿地单元对TN的净化效率为85.61%,显著低于香蒲、碗莲、美人蕉湿地单元(p<0.05)。F容器湿地单元对低浓度污水的TN净化率显著高于E容器湿地单元,但是处理中、高浓度的污水时,其结果却恰恰相反,说明睡莲—金鱼藻的植物组合对TN的去除能力更为稳定,同时凤眼莲—金鱼藻对低浓度污水有较好的处理效果。综合对比分析,沸石和无烟煤混合基质的湿地单元对TN去除效率相对较高;在高浓度污水条件下,芦苇湿地单元对TN的去除效率明显下降。以沸石和无烟煤为混合基质的湿地单元对含氮污染物具有很高的去除能力,其主要原因是沸石具有长期保持吸附NH2.2有基质的湿地单元净化生活污水中的磷根据污水处理前后的污染物浓度,计算出总磷的净化率。由图5可以看出,6种人工湿地单元对TP有着不同程度的净化效果。其中,A容器~D容器湿地单元的平均净化率达到95%以上,E容器和F容器湿地单元的平均净化率分别为87.29%和56.95%,有基质的湿地单元对TP的净化率显著优于无基质的湿地单元(p<0.05),表明沸石和无烟煤混合基质对磷有很强的吸附作用,这种吸附作用在除磷过程中占主导地位,植物对磷的吸收作用有限。有实验研究发现,无烟煤对磷有极强的去除作用,而沸石对磷的去除效果不好填充基质的4种湿地单元对3种浓度污水的TP都有极强的净化能力,是植物、微生物和填料共同作用的结果。其中,美人蕉湿地单元的净化率达到了100%。无填充基质的睡莲—金鱼藻湿地单元对TP的净化效率最高达到96.32%,一方面,该湿地单元的植物为浮水植物睡莲与沉水植物金鱼藻相结合,充分利用了湿地空间,并吸收营养物质;另一方面,睡莲本身对磷具有较强的吸收能力2.3生活污水中溶解氧含量do由图6可以看出,E容器和F容器湿地单元的平均DO含量分别为5.59mg/L和4.67mg/L,显著高于A容器~D容器湿地单元(p<0.05),E容器和F容器湿地单元之间无显著差异。这是因为A容器~D容器湿地单元在湿地类型上属于潜流湿地,污水从湿地内部流过,湿地内部微生物的生命活动以及污染物的分解需要吸收水中的溶解氧,而由于其无法直接从空气中获取氧气,只能通过植物的光合作用缓慢输送,所以DO含量偏低;E容器和F容器湿地单元在湿地类型上属于表流湿地,污水从湿地表面流过,消耗溶解氧的同时,可以通过大气不断补充氧气,因此其DO含量维持在一个较高的水平上。处理低浓度污水时,各湿地单元的DO含量总体上大于处理中、高浓度污水时,这主要是由于低浓度污水的污染物较少,只消耗了部分溶解氧,植物的光合作用亦补偿了部分溶解氧,而中、