细沙作为极浅型潜流人工湿地填料的可行性研究

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填料投资是湿地总造价中所占比例最大的部分,约占总造价的40~50%。为大幅度降低潜流人工湿地的建设费用,以城市污水处理厂初沉池出水为人工湿地的进水,对细沙作为极浅型潜流人工湿地填料的可行性进行了现场试验研究。主要探讨了不同季节、不同填料深度和不同湿地植物与处理效率之间的关系,以及气候条件和现场维护管理对系统湿地去除效果的影响。实验组为填料床深0.1m的极浅型潜流人工湿地,种植植物分别为高羊茅、黑麦草、狗牙根、芦苇和香蒲;对照组为填料床深0.1m无植物对照和填料床深0.6m的潜流人工湿地,种植植物分别为狗牙根和香蒲。为避免幼苗期植物根系尚不发达阶段可能发生的堵塞,向细沙中添加小麦秸秆。0.1m和0.6m湿地理论水力停留时间相同,运行水深分别为0.08m和0.58m,采用间歇进水方式,0.1m湿地日进水量均为0.03m3/d,分3次进水,0.6m湿地日进水量均为0.22m3/d,分8次进水。系统共运行近六个月。研究结果表明:(1)0.1m各湿地在非冬季对污染物的处理效率稳定,各湿地非冬季出水SCOD、TN、TP、氨氮平均去除率均分别高于65.3%、82.8%、95.0%、93.7%,与非冬季相比冬季处理效率虽有显著性差异和下降,但去除效果依然良好,表现出极浅型潜流湿地良好的处理效果。这与以往研究中以碎石、粗砂作为极浅型潜流湿地填料的现象吻合。表明极浅型潜流湿地冬季对污染物去除效果良好这一特性与填料的粒径无关,而细沙较早期研究中以碎石和粗砂等大粒径天然材料作为湿地填料成本下降幅度达到50%以上,故,细沙作为极浅型潜流湿地的填料可行。(2)人工湿地中填料床的深度不仅与容积负荷和水力停留时间等相关,而且还直接影响着系统对水中污染物的去除效率。研究表明:0.1m湿地出水溶解氧浓度显著高于0.6m湿地,有效地解决了传统大深度湿地中溶解氧浓度不足以及厌氧区域过大的弊端,提升了系统对污染物质的去除效率。即便是无植物的对照组出水DO浓度也显著且稳定地高于进水DO浓度,表明即便出现了填料孔隙率下降的现象,因细沙的厚度仅为0.1m,大气复氧作用仍然持续强劲。(3)高羊茅、黑麦草冬季仍表现出了较强的活力,多次分蘖,可减少换种的麻烦,节省管理维护的费用。高羊茅和黑麦草湿地出水DO显著高于其他0.1m湿地(P<0.05),TN、TP和氨氮平均去除率达到78.7%、85.0%和88.9%,均稳定高于其他0.1m湿地,更适合作为北方寒冷地区湿地植物。(4)植物对湿地去除污染物发挥着至关重要的作用,0.1m各湿地出水主要污染物的去除效果均显著优于0.1m对照组。运行3个月时0.1m各湿地填料空隙率提高7%-25%,0.1m对照组填料空隙率下降20%。(5)在植物幼苗期,向细沙中添加小麦秸秆导致湿地出水的SCOD和浊度较高,运行第76天后无显著影响(P>0.05),向细沙中添加的小麦秸秆还可作为植物碳源显著提高湿地的脱氮效率(P=0.012<0.05)。
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