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人工湿地已被看成是甲烷(CH4)的排放源之一,但却是处理农村非点源生活污水的有效方法。甲烷是一种温室气体,甲烷对温室效应也有巨大贡献,其作用仅次于二氧化碳(C02)。因此,控制人工湿地甲烷排放的研究对保护生态环境具有重要意义。本研究在前期课题研究结果基础上进一步对垂直流人工湿地处理农村非点源生活污水过程中甲烷排放进行调控。垂直流人工湿地(长×宽×高)为3600mm×1200mm×1200mm,由进水池和出水池组成,人工湿地内部铺设三层基质,人工湿地栽种植物为风车草。不仅构建了风能、太阳能混合发电系统,在前期课题研究的最优曝气条件下,以风能、太阳能混合发电系统为电源,对复合垂直流人工湿地进行曝气拟控制甲烷排放。而且,并行分别添加31.25g、62.5g、125g、250g和500g过氧硫酸氢钾钠复合盐(PMS:Potassium peroxymonosulfate)调节复合垂直流人工湿地水体的氧化还原电位(Eh)进行甲烷排放的控制。还同步测定了曝气和加PMS两种方法控制下垂直流人工湿地甲烷排放和水质变化情况,从而选出甲烷排放少和污水去除效果好的控制方法,为节能减排提供依据,研究结果表明:(1)当分别添加31.25g、62.5g、125g、250g和500gPMS于垂直流人工湿地时,垂直流人工湿地系统甲烷平均排放通量分别为0.342、0.989、1.411、0.824和1.214 mol/m2/day,对应的以风能、太阳能为电源的曝气垂直流人工湿地系统甲烷平均排放通量分别为0.150、0.518、1.311、0.845、0.874 mol/m2/day。而整个实验周期内加PMS垂直流人工湿地系统平均甲烷排放通量(0.956mol/m2/day)是曝气人工湿地系统平均甲烷排放通量(0.74mol/m2/day)的1.29倍。当PMS质量由62.5g增大到250g时,甲烷减少1.2倍。当PMS质量由125g增大到500g时,甲烷减少0.86倍。添加PMS调节IVCW水体Eh,甲烷排放控制机理满足多项关系式yCH4 decrease=-9E-05x2PMS-increase+0.03xPMS-increase-1.6,R2=0.90。利用风能、太阳能发电系统曝气控制甲烷排放,曝气时间受日照、风力影响较大。随着电能的增加甲烷排放通量逐渐减小,当风能、太阳能发电系统产生的电能由1728kJ增大6倍(10368kJ)时,甲烷排放通量减少8.74倍。与加Eh调节剂过氧硫酸氢钾钠复合盐相比,利用风能、太阳能曝气的垂直流人工湿地系统少排放甲烷0.216 mol/m2/day。(2)添加5种质量梯度PMS时,风车草茎叶系统、风车草根水系统甲烷平均排放通量分别为0.517、0.439 mol/m2/day;而以太阳能、风能发电系统为电源的曝气垂直流人工湿地系统风车草茎叶系统、风车草根水系统甲烷平均排放通量分别为0.444、0.296mol/m2/day。两种控制条件下,风车草茎叶系统的甲烷平均排放通量均高于风车草根水系统的甲烷平均排放通量。而在整个实验周期内风车草茎叶系统平均甲烷排放通量(0.481 mol/m2/day)是风车草根水系统平均甲烷排放通量(0.368 mol/m2/day)的 1.3 倍。(3)太阳能、风能曝气垂直流人工湿地系统COD、TN、TP、TC、TOC平均去除率分别为63.09%、59.69%、66.65%、39.82%、50.01%。添加PMS垂直流人工湿地系统其COD、TN、TP、TC、TOC平均去除率分别为62.47%、62.11%、64.33%、40.07%、57.15%。曝气垂直流人工湿地COD、TP的平均去除率比添加PMS垂直流人工湿地COD、TP的平均去除率分别高了0.62%、2.32%。而添加PMS垂直流人工湿地的TN平均去除率比太阳能、风能曝气垂直流人工湿地TN平均去除率高了2.42%。(4)曝气条件下垂直流人工湿地Eh与电能、温度、DO、采样时间的关系为yEh=45.63xElectric energy-2.32xTemp+13.28xDO-0.07t-73.14,R2=0.99。加过氧硫酸氢钾钠复合盐时,垂直流人工湿地Eh与PMS质量、温度、DO、采样时间的关系为yEh=-0.44xPMS+6.82xTemp+16.08xDO+0.38t-264.1,R2=0.99。太阳能、风能发电系统曝气和添加PMS均能增加垂直流人工湿地的溶解氧含量,其人工湿地内水体溶解氧分别平均增加15.57%和12.19%;氧化还原电位分别平均增加33.55%和29.51%。可以看出风、太阳能曝气对垂直流人工湿地溶解氧和氧化还原电位的增加要优于添加 PMS。(5)水质对垂直流人工湿地甲烷排放具有重要影响。甲烷排放通量与COD极显著相关(p<0.01),与TN显著相关(p<0.05)。本实验所有水质指标对复合垂直流人工湿地甲烷排放的影响顺序为COD>TN>Eh>TC>pH>DO>TP>水温>电导率>TOC。利用风能、太阳能曝气的垂直流人工湿地系统甲烷排放通量小于添加氧化剂PMS垂直流人工湿地系统甲烷排放通量,且以太阳能、风能发电系统曝气能够充分利用当地的自然资源,经济环保。因此,人工湿地在处理农村非点源污水甲烷排放控制可结合不同地理区域进行推广和改进。