6種多介質(zhì)人工濕地對(duì)生活污水的凈化效果研究

6種多介質(zhì)人工濕地對(duì)生活污水的凈化效果研究

隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和人民生活水平的提高，污染水體的污染日益嚴(yán)重。大量氮、磷等養(yǎng)分廢水直接排入河流、湖泊和海洋，導(dǎo)致水體富營(yíng)養(yǎng)化。多年來(lái),對(duì)選擇何種濕地植物和基質(zhì)才能提高人工濕地凈化效率,進(jìn)行了廣泛的研究,并取得了一定的成果,選擇蘆葦(Phragmitesaustralis)、東方香蒲(Typhaorientalis)等生物量大的挺水植物,并突出生物多樣性特色,對(duì)污染物去除有良好的效果1材料和方法1.1實(shí)驗(yàn)材料和材料綜合考慮植物的抗污性、經(jīng)濟(jì)性和美觀性,并依據(jù)生物多樣性原則,選取多年生草本挺水植物蘆葦、東方香蒲、碗蓮(Nelumbonucifera)和水生美人蕉(Cannaglauca),浮水植物睡蓮(Nymphaeaalba)和鳳眼蓮(Eichhorniacrassipes),沉水植物金魚(yú)藻(Ceratophyllumdemersum)作為供試植物。實(shí)驗(yàn)以沸石、無(wú)煙煤和卵石為基質(zhì),其中沸石粒徑為2~8mm,孔隙率為48.33%;無(wú)煙煤粒徑為1~2mm,孔隙率為51.33%;卵石粒徑為4~8mm。1.2方法1.2.1駁岸濕地的制作本實(shí)驗(yàn)裝置為6個(gè)關(guān)聯(lián)的實(shí)驗(yàn)容器。實(shí)驗(yàn)容器上部直徑為50cm,內(nèi)徑為47cm;下部直徑為40cm,內(nèi)徑為37cm,高55cm。6個(gè)實(shí)驗(yàn)容器的編號(hào)分別為A~F。各容器都設(shè)有可控制的進(jìn)水和出水閥門。在距離容器底部25cm處安裝進(jìn)水管,在其對(duì)側(cè)安裝出水管,水管端口處用約10目的塑料窗紗包裹,防止基質(zhì)和土壤顆粒堵塞水管,并在其周圍填充少量大粒徑卵石以紊亂水流(圖1)。其中,A容器~D容器,在25~55cm深度層以1︰1的體積比分別填充沸石和無(wú)煙煤,在10~25cm深度層鋪墊供植物生長(zhǎng)的土壤;直接在E容器和F容器底部鋪墊15cm厚的土壤。在A容器~D容器中分別種植蘆葦、東方香蒲、碗蓮和水生美人蕉株苗,在E容器種植睡蓮—金魚(yú)藻,在F容器種植鳳眼蓮—金魚(yú)藻。在每個(gè)容器中,種植每種植物4株。濕地植物種植后,先加入自來(lái)水試運(yùn)行,檢驗(yàn)其完好性,并確定濕地污水處理量。隨后養(yǎng)護(hù)兩個(gè)月,其目的是:一方面,使植物適應(yīng)桶內(nèi)環(huán)境,成長(zhǎng)至有一定的抗污性;另一方面,給出微生物充分生長(zhǎng)的時(shí)間,使?jié)竦叵到y(tǒng)具有更高的凈化效率。養(yǎng)護(hù)期結(jié)束后,用葡萄糖、硫酸銨、硝酸鈉和磷酸二氫鉀人工配置出低氮和低磷、中氮和中磷、高氮和高磷3種不同濃度水平的生活污水。其中,在低氮和低磷污水中,總氮(TN)含量為10mg/L,氨氮(NH在3種濃度的污水中,加入等量的葡萄糖以提供碳源。打開(kāi)6個(gè)連接流量計(jì)的閥門,關(guān)閉下方5個(gè)連接桶與桶的閥門,打開(kāi)對(duì)應(yīng)的取水口,使6個(gè)濕地單元形成6個(gè)獨(dú)立的濕地處理系統(tǒng),并且保持進(jìn)水濃度和流速的一致。每個(gè)濕地單元污水滯留時(shí)間設(shè)計(jì)為5d,根據(jù)設(shè)定的污水滯留時(shí)間和實(shí)驗(yàn)設(shè)施的處理能力,確定以10L/d的進(jìn)水速度按照先低濃度后高濃度的順序投加污水,每批污水連續(xù)運(yùn)行5d,在出水口取樣,測(cè)定污染物的含量。1.2.2污染測(cè)定利用連續(xù)流動(dòng)分析儀(SkalarScan1.2.3計(jì)算廢水處理效率的方法污水凈化效率的計(jì)算公式如下:在公式(1)中,η(%)為凈化效率;C1.2.4處理數(shù)據(jù)采用SPSS13.0軟件處理和分析數(shù)據(jù)。2結(jié)果與討論2.1介質(zhì)凈化率不同根據(jù)污水處理前的污染物含量及處理后的含量,分別計(jì)算TN、NH由圖3可以看出,A容器~F容器6種濕地單元對(duì)NO由圖4可以看出,A容器~F容器6種濕地單元對(duì)各濃度污水中的TN都有很強(qiáng)的凈化效率,都在74.44%~97.27%范圍內(nèi),但是A容器~D容器濕地單元對(duì)TN的凈化率顯著高于E容器和F容器濕地單元,另外當(dāng)污水濃度變化時(shí),各容器的凈化率變化存在差異。處理低濃度和中濃度污水時(shí),A容器~D容器濕地單元去除TN的能力無(wú)顯著差異,處理高濃度污水時(shí),蘆葦濕地單元對(duì)TN的凈化效率為85.61%,顯著低于香蒲、碗蓮、美人蕉濕地單元(p<0.05)。F容器濕地單元對(duì)低濃度污水的TN凈化率顯著高于E容器濕地單元,但是處理中、高濃度的污水時(shí),其結(jié)果卻恰恰相反,說(shuō)明睡蓮—金魚(yú)藻的植物組合對(duì)TN的去除能力更為穩(wěn)定,同時(shí)鳳眼蓮—金魚(yú)藻對(duì)低濃度污水有較好的處理效果。綜合對(duì)比分析,沸石和無(wú)煙煤混合基質(zhì)的濕地單元對(duì)TN去除效率相對(duì)較高;在高濃度污水條件下,蘆葦濕地單元對(duì)TN的去除效率明顯下降。以沸石和無(wú)煙煤為混合基質(zhì)的濕地單元對(duì)含氮污染物具有很高的去除能力,其主要原因是沸石具有長(zhǎng)期保持吸附NH2.2有基質(zhì)的濕地單元凈化生活污水中的磷根據(jù)污水處理前后的污染物濃度,計(jì)算出總磷的凈化率。由圖5可以看出,6種人工濕地單元對(duì)TP有著不同程度的凈化效果。其中,A容器~D容器濕地單元的平均凈化率達(dá)到95%以上,E容器和F容器濕地單元的平均凈化率分別為87.29%和56.95%,有基質(zhì)的濕地單元對(duì)TP的凈化率顯著優(yōu)于無(wú)基質(zhì)的濕地單元(p<0.05),表明沸石和無(wú)煙煤混合基質(zhì)對(duì)磷有很強(qiáng)的吸附作用,這種吸附作用在除磷過(guò)程中占主導(dǎo)地位,植物對(duì)磷的吸收作用有限。有實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn),無(wú)煙煤對(duì)磷有極強(qiáng)的去除作用,而沸石對(duì)磷的去除效果不好填充基質(zhì)的4種濕地單元對(duì)3種濃度污水的TP都有極強(qiáng)的凈化能力,是植物、微生物和填料共同作用的結(jié)果。其中,美人蕉濕地單元的凈化率達(dá)到了100%。無(wú)填充基質(zhì)的睡蓮—金魚(yú)藻濕地單元對(duì)TP的凈化效率最高達(dá)到96.32%,一方面,該濕地單元的植物為浮水植物睡蓮與沉水植物金魚(yú)藻相結(jié)合,充分利用了濕地空間,并吸收營(yíng)養(yǎng)物質(zhì);另一方面,睡蓮本身對(duì)磷具有較強(qiáng)的吸收能力2.3生活污水中溶解氧含量do由圖6可以看出,E容器和F容器濕地單元的平均DO含量分別為5.59mg/L和4.67mg/L,顯著高于A容器~D容器濕地單元(p<0.05),E容器和F容器濕地單元之間無(wú)顯著差異。這是因?yàn)锳容器~D容器濕地單元在濕地類型上屬于潛流濕地,污水從濕地內(nèi)部流過(guò),濕地內(nèi)部微生物的生命活動(dòng)以及污染物的分解需要吸收水中的溶解氧,而由于其無(wú)法直接從空氣中獲取氧氣,只能通過(guò)植物的光合作用緩慢輸送,所以DO含量偏低;E容器和F容器濕地單元在濕地類型上屬于表流濕地,污水從濕地表面流過(guò),消耗溶解氧的同時(shí),可以通過(guò)大氣不斷補(bǔ)充氧氣,因此其DO含量維持在一個(gè)較高的水平上。處理低濃度污水時(shí),各濕地單元的DO含量總體上大于處理中、高濃度污水時(shí),這主要是由于低濃度污水的污染物較少,只消耗了部分溶解氧,植物的光合作用亦補(bǔ)償了部分溶解氧,而中、