不同基质类型潜流式人工湿地脱氮效果对比研究.docx

不同基质类型潜流式人工湿地脱氮效果对比研究 我国农村经济基础薄弱，废水收集系统不完善，导致农业排水、剩余水、农村废水、家禽废水和部分雨水径流的大量排放。。。农业废水具有面广、量大、分布平衡、间歇性高、高机沉淀负荷等特点。采用传统的废水处理技术，处理困难、维护管理复杂、投资运营成本高的特点。湿地修复工程是由土壤（或其他基质）、植物和微生物组成的独特生态系统。充分利用了自然湿地系统的净化废水特点和自然生态系统中物理、化学和生物的双重功能。过滤、吸附、沉淀、离子交换、植物吸收和微生物分解，以便高效、顺畅地处理废水。因此，人工湿地具有投资少、能耗低、维护管理简单的特点。从国内外各种生态技术的研究和应用来看，人工湿地技术是管理和控制农业废水的最现实、最有效的工程措施之一。 人工湿地中植物、微生物、土壤基质以及污水的组成都会影响氮的去除效果,由于这些复杂因素的相互作用使得人工湿地的脱氮效率在11%~90%之间变化.基质是人工湿地中水生植物和微生物赖以生存的场所,一方面为水生植物提供载体和营养物质,同时也为微生物的生长提供了稳定的依附表面,是污水中有机物转为无机物的枢纽.Vacca等的研究表明,人工湿地对营养物质和有机物起转移和矿化作用的主要是基质中的微生物,而基质中硝化菌和反硝化菌的代谢则是人工湿地去除氮的主要作用.因此,本文在相同进水水质和水力负荷下,研究2种不同基质类型(组合基质和煤渣基质)潜流式人工湿地的脱氮效果,同时研究2组潜流式人工湿地中硝化细菌和反硝化细菌的空间分布,以及基质和溶解氧对硝化细菌和反硝化细菌数量的影响,进一步分析人工湿地采用不同基质时硝化及反硝化细菌对脱氮效率的影响,为人工湿地的优化设计及运行参数提供理论依据和指导. 1 材料和方法 1.1 潜流式人工湿地建设 人工湿地试验装置位于宜兴市大浦镇林庄村,湿地采用砖砌结构,分为2组,每组平面长宽尺寸为7 m×0.7 m,有效深度0.75 m,坡度为0.5%,如图1所示.为考察基质条件对污染物去除的影响,采用组合基质和煤渣基质2种不同基质组成的潜流式人工湿地进行了对比试验研究,其中组合基质人工湿地由底部向上依次填充40 cm厚的碎砖(粒径为30~50 mm)、30 cm厚的砾石(粒径为10~20 mm)和5 cm厚的细砂(粒径为5~10 mm);煤渣基质人工湿地中填充烧煤锅炉的弃渣.湿地种植芦苇,栽植密度为25株/m2. 本研究对象的人工湿地为稳定运行1 a以上的人工湿地,该湿地建于2008年3月,本研究试验期间为2009-05-28—07-12.湿地采用连续进水方式,进水采用经化粪池预处理后的农村生活污水,主要水质指标见表1,水力负荷为10 cm/d,相应HRT约7 d. 1.2 细菌总数及细菌基因型测定 为了监测湿地沿程水质、DO等变化情况,在湿地廊道前、中、后段埋设了管径为30 mm的PVC取样管,如图1所示,3个取样点距进水口距离分别为1.5,3.5,5.5 m.同时在水样取样点钻取上下2层基质样品分析细菌总数及硝化细菌和反硝化细菌的数量分布情况,其中上层为基质层表面下5~10 cm处,下层设在基质层表面下30~40 cm处,检测项目COD,TN,NH4+-N均采用国家标准方法测定,DO采用溶解仪测定,硝化细菌数采用荧光原位杂交法测定,反硝化细菌数采用最大可能数(MPN)法测定. 2 结果 2.1 组人工湿地运行过程中总氮的去除效果比较 图2(a)为组合基质人工湿地和煤渣基质人工湿地运行过程中的进、出水氨氮浓度变化情况.整个试验阶段,进水氨氮浓度在7.9~47.5mg/L范围内变化,组合基质人工湿地出水的氨氮平均浓度为4.0 mg/L,对氨氮的平均去除率(去除率的平均值)达到81.9%,而煤渣基质人工湿地出水的氨氮平均浓度为8.7 mg/L,对氨氮的平均去除率仅为59.6%. 图2(b)为组合基质人工湿地和煤渣基质人工湿地运行过程中的进、出水总氮浓度变化情况,整个试验期间,进水的总氮浓度变化范围较大,最小时仅为9.1 mg/L,而最大时则为48.4 mg/L.组合基质人工湿地出水总氮的平均浓度为6.6 mg/L,对总氮的平均去除率为75.7%,而煤渣基质人工湿地出水总氮的平均浓度为13.1 mg/L,对总氮的平均去除率只有51.8%. 从以上实验结果可以看出:在相同进水水质和水力负荷运行条件下,不同基质的选择关系到人工湿地整体的脱氮效果.在人工湿地中,对于氮的去除,除植物吸收与过滤作用外,硝化反硝化等微生物反应是净化主体,对2组人工湿地中硝化细菌数及反硝化细菌数的检测表明,组合基质人工湿地中硝化细菌数量多于煤渣基质人工湿地,且组合基质人工湿地通过合理的选择搭配碎砖、砾石和细砂,形成了明显的微生物量分层,从而大大提高了氮的去除效率;而煤渣基质人工湿地由于采用单一