水平潜流人工湿地净化受污染水体研究

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1、摘要摘要本研究以受污染水体为研究对象，进行了水平潜流人工湿地芦苇砾石系统、多植物(芦苇；菖蒲；水葱)砾石系统和芦苇组合填料(砾石；沸石；钢渣)系统净化效能及其机理研究。研究内容主要有：(1)水平潜流人工湿地净化受污染水体的效能研究；(2)受污染水体中有机物在系统中的迁移转化研究；(3)系统除磷途径的机理研究；(4)系统中微生物多样性研究；(5)水平潜流人工湿地碳氮循环机理模型研究。主要研究结论如下：(1)水平潜流人工湿地对受污染水体具有较好的净化能力，当水力停留时间为2～8d时，进水浊度、COD、氨氮、总氮和总磷分别约为15,--45NTU、50,--110

2、mg·L-1、3—8mg·L一、3．5～12mg·L4和0．5～1．2mg·L。1的条件下，芦苇砾石系统的全年去除率分别为75％--98％、40％-一78％、．130％堋8％、5*／o--91％和00／o---90％，多植物砾石系统的去除率分别为80％一98％、42·}扣82％、．120％,,98％、5％．-96％和5％∞O％，芦苇组合填料系统的去除率分别为73％田7％、45％,--75％、2i％．--98％、600／'0--91％和65％毋l％。在HRT≥4d时，3种类型系统出水有机物、氨氮和总氮在夏季和秋季均可稳定达到地表水环境Ⅳ类水体标准，芦苇组合填料

3、系统出水总磷则全年可稳定达到Ⅳ水体标准。如以去除悬浮物和有机物为目标，推荐采用多植物砾石系统。如以去除营养元素为目标，推荐采用芦苇组合填料系统。(2)系统迸水COD负荷率在5-．-459·m-3-d1时，COD的去除速率与负荷率呈显著的线型相关，与季节、系统的植物种类和填料性质无关。较系统类型，季节对COD的去除速率影响更显著。系统进水氨氮、总氮、总磷负荷率分别在0．1~4．59·nl-3．d-1、0．2,-．6．09·m-3．d1、O．05-．-0．89·m-3·d。1时，除芦苇砾石系统和多植物砾石系统的冬季工况，其它各工况下氨氮、总氮、总磷的去除速率与负

4、荷率呈显著的线型相关。植物吸收作用的季节性和是否存有沸石的吸附作用是3种类型水平潜流人工湿地系统中氨氮、总氮去除速率差异大小的主要影响因素，而总磷去除速率差异主要受植物吸收作用的季节性和是否存有钢渣吸附沉淀作用的影响。(3)同芦苇砾石系统和多植物砾石系统相比，芦苇组合填料系统的总氮和总磷去除速率受温度影响较小。在总氮负荷率为和5．59·m-3．d4时，其总氮去除速摘要率的极差为其它2种系统的55％左右。就总磷的去除而言，在春季、夏季和秋季，3种类型的系统对其去除速率基本相当，在冬季，芦苇砾石系统和多植物砾石系统总磷去除速率低于0．19·m"3-d"1，而芦苇

5、组合填料系统的总磷去除速率则基本不变，具有明显的优势。(4)污染物负荷率与温度对其去除速率影响的双因素方差分析表明，较温度而言，进水COD负荷率对其去除速率影响更显著；与进水负荷率相比，温度对芦苇砾石系统和多植物砾石系统的氨氮和总氮去除速率影响更显著，但差异不大，芦苇组合填料系统的显著性分析结果恰好相反，进水负荷率的影响要远远高于温度的影响；芦苇组合填料系统的总磷去除速率与温度变化无关，其它两种系统的总磷去除速率与进水负荷率和温度为正相关关系，且影响显著，但差异不显著。(5)在暖、寒两季不同类型的水平潜流人工湿地中污染物沿程变化规律差异显著。COD沿程降解速

6、率沿程呈逐步降低的趋势，与季节和系统类型无关，且其中70％一85％的COD去除发生在系统的前1／4段。在暖季，系统对氮素和磷素的沿程去除规律差异不大。在寒季，芦苇砾石系统和多植物砾石系统对氮素和磷素的沿程去除规律也类似，而与芦苇组合填料系统有很大的差异。寒季该系统1件v1／2沸石段中氨氮去除率达89％，系统1／2~3／4的钢渣段中对总磷有80％左右的去除率。这表明寒季芦苇组合填料系统中沸石对氨氮的吸附作用、钢渣对磷的吸附沉淀作用是系统脱氮除磷的主要途径。沸石吸附的氨氮约75％可通过植物和微生物再生。在进水总磷浓度为lnag·L4左右，HRT为4d的条件下，系

7、统除磷寿命约为10年，出水总磷稳定达到Ⅳ水体标准使用期约为5年。(6)运用C-C／MS技术对系统出水有机物分析结果表明：多植物砾石系统和芦苇组合填料系统出水中碳原子数、分子量和化合物组成类似，而与芦苇砾石系统差异较大。与芦苇砾石系统相比较，多植物砾石系统和芦苇组合填料系统对污染物向低碳小分子迁移转化彻底，因此其出水的COD更低。(7)填料中磷的空间分布与形态特征分析表明：砾石、沸石和钢渣中磷增量分别以钙镁结合磷、残余磷和铁铝态结合磷为主。第2年收割的植物量高于第1年收割的植物量，初秋季收割植物的含磷量明显高于深秋季收割植物的含磷量，植物收割的最佳季节为lO月

8、底。各系统除磷的主要途径均是填料的吸附沉淀作用，占除