人工湿地处理太湖流域农村生活污水的试验研究

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农村生活污水是造成太湖流域水体富营养化的重要原因之一,对农村生活污水进行有效的处理是缓解和治理太湖污染的重要措施。人工湿地具有建设成本低,维护费用低,处理费用低以及对氮磷去除效果好等优点,因此,本研究将其作为治理太湖流域农村生活污水的优势技术,着重探讨了填料,植物以及不同的湿地内部构造对污染物去除效果的影响,同时还对湿地的微生物特性以及污染物去除机理进行了研究,主要结论如下: 对炉渣、碎石和砂子的磷吸附能力进行了研究,结果表明,三种填料对磷的吸附能力依次为:炉渣>碎石>砂子。炉渣对磷的吸附以化学吸附为主,被吸附的磷主要以难溶的Ca—P以及O—P形态存在,但是炉渣中所含的金属氧化物溶出后会导致水体呈强碱性,因此,炉渣不宜单独作为人工湿地填料。碎石对磷的吸附以化学吸附为主,被吸附的磷主要以Ca—P的形态存在,且碎石对水体pH的影响较小,是人工湿地的理想填料。砂子对磷的吸附能力较弱,不宜作为人工湿地的填料。 选用太湖流域常见的芦苇、茭草和香蒲构建了三种人工湿地,对不同植物湿地的污染物去除特性、湿地根际微生物特性以及植物特性进行了研究。结果表明,香蒲湿地对CODcr、氨氮、总氮和磷去除效果均最好,茭草湿地对CODcr和磷的去除效比芦苇湿地差,而对氨氮和总氮的去除效果则好于芦苇湿地。试验前后香蒲根际的微生物量均最大,试验前茭草和芦苇根际微生物生物量接近,试验结束时,茭草根际微生物生物量大于芦苇湿地。试验发现湿地根际微生物比好氧速率(SOUR)值大的湿地脱氮效果好。湿地植物根际微生物的多样性与根际微生物量以及污染物的去除效果无关。试验结束时,地上和地下的植物生物量均为:香蒲>茭草>芦苇。香蒲吸收的氮磷数量最多。香蒲是最佳人工湿地植物。 构建了常规潜流湿地,水平折流潜流湿地和垂直折流潜流湿地,对三种湿地的污染去除效果、水力停留时间、微生物特性以及污染物去除机理进行了研究。结果表明,三种湿地对污染物(磷除外)的去除效果依次为:垂直折流湿地>水平折流湿地>常规湿地。三种湿地的实际水力停留时间依次为:垂直折流湿地>水平折流湿地>常规湿地。造成三种湿地去除效果差异的主要因素是湿地结构改变引起的水力停留时间的延长,而与湿地内微生物量的关系不大。湿地微生物研究的结果表明,三种湿地内微生物量的沿程变化均符合一级动力学,且三种湿地内微生物量都随着时间推移而呈现增加的趋势。SOUR试验结果表明,湿地进水端好氧和兼性微生物的数量大于出水端。湿地进水端微生物群落的生物多样性、均度及代谢功能的多样性均大于出水端。对湿地脱氮和除磷的途径分析的结果表明,微生物的硝化.反硝化作用以及植物收割是脱氮的两条重要途径,其中微生物的硝化—反硝化作用居主导地位。填料吸附和植物收割是除磷的两条主要途径,其中填料吸附居主要地位。 现场试验的结果表明,在处理量为400 L·d-1时,二级串联潜流湿地对氨氮、总氮、总磷的去除率分别为82.6%、80%和81.3%。植物收割后,处理量为240 L·d-1时,对氨氮、总氮总磷的去除率分别为90.4%、89.6%和94%。处理量在240 L·d-1时,复合垂直流+潜流湿地对总氮、总磷和CODcr去除率分别为70.6%、90.9%和93.8%。
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