芳香植物人工湿地对农村生活污水尾水的深度净化研究

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人工湿地技术具有运行成本低、管理简单、生态环境友好等特征,在农村生活污水深度净化中应用广泛,但在实际运行中仍然存在一些问题,如植物选配存在传统大型挺水植物经济价值低导致无法调动村民管理积极性、部分蔬菜抗逆性差影响产量、基质配置不合理导致运行年限短等问题。因此,开展对高效净化、抗逆性强且兼顾景观与经济效益的新型人工湿地植物的筛选,及对除磷基质的研究与应用具有重要现实意义。本研究以加气混凝土、火山岩、砾石作为基质,筛选薄荷、香根草等芳香植物构建单一种植与混合种植的三组芳香植物人工湿地系统,探究芳香植物人工湿地深度净化农村生活污水尾水的效能,得出的主要结论如下:(1)5种芳香植物对不同形态的氮素吸收特性存在一定的差异,但均表现出亲氨性。比较Imax、Km值可知:香根草对NH4+-N和NO3--N污水的适应性范围较宽;薄荷对NH4+-N的适应性较广;紫苏对NO3--N的适应性较广;艾草适宜处理较高NH4+-N浓度的污水;迷迭香适宜较高NO3--N浓度的污水。(2)在实验室条件下,加气混凝土、火山岩、麦饭石和砾石4种基质对磷素的饱和吸附量介于69.44~3333.33mg/kg之间,砾石吸附量最小,加气混凝土吸附量最大。等温解吸试验显示,火山岩的解吸率最大(为35.92%),而加气混凝土对磷几乎不解吸(为1.21%)。(3)对于农村生活污水生物单元尾水的处理,当水力负荷为0.183m~3/m~2/d时,三组人工湿地对污染物去除效能最优。针对于冬季低温TN去除率低的这一问题,增加进水碳源(提高进水C/N)能显著提高TN去除率。三组人工湿地系统污染物浓度均随沿程的增加而逐渐降低,且下行池为污染物去除的主要场所。(4)长期监测试验结果显示,单一种植香根草的人工湿地(CW1)去除污染物效果差,且受温度影响大;单一种植薄荷的人工湿地(CW2)的处理效果好,且受温度影响波动较小;薄荷与香根草混合种植的人工湿地(CW3)对污染物去除效果介于CW1和CW2之间。(5)三组人工湿地系统中植物对氮、磷的吸收累积量范围分别为30.83~96.69 g/m~2,和2.18~11.47 g/m~2,氮磷累积从大到小依次为:CW2>CW3>CW1。三组人工湿地植物吸收作用对氮素的去除占总去除率的比例为5.99%~15.25%,对磷的去除贡献占比为3.53%~15.23%。(6)所试芳香植物在人工湿地系统中生长状况良好,兼具环境生态效益和经济效益,粗略估算经济效益得:单一种植香根草的CW1和单一种植薄荷的CW2理论经济效益分别为36元/m~2和119元/m~2,而混合种植的CW3理论经济效益为108元/m~2。
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