人工濕地是通過模擬自然生態系統中天然濕地的結構和功能,形成的基質-微生物-植物復合生態系統。它利用物理、化學和生物的三重協同作用,通過過濾、吸附、沉淀、離子交換、植物吸收和微生物分解等實現對污水的凈化。人工濕地具備投資少、運行成本低、管理操作簡單等特點,適用于我國農村生活污水的治理。

一、研究背景

填料是人工濕地中的重要組成部分,不僅為人工濕地里的植物、微生物提供生長環境,其本身也發揮著凈化污水的作用。人工濕地中磷素的去除,70%~87%是緣于填料的吸附和沉淀作用;填料釋放在水中的Ca2+、Mg2+、Al3+和Fe3+等離子及其水合物、氧化物與磷素反應形成難溶性化合物。此外,填料也能通過吸附作用去除部分氨氮。然而,人工濕地在運行過程中會經常發生填料堵塞,填料滲透系數減小,水流滲透速度減緩,實際水力停留時間延長,導致其利用率下降、壽命縮短、黑臭水體難以治理問題。

二、試驗方法與結論

模塊化填料(MS)選取花崗巖碎石為粗骨料,在制作的過程中用水泥和粉煤灰作為膠結材料。其中最優配合比骨料級配為10~16mm、設計孔隙率30%、水灰比0.30、粉煤灰摻量30%、減水劑用量1.5%,制成10cm×10cm×10cm大小,預留2個貫通孔的內置孔隙(貫通孔規格φ2cm×10cm)。

模塊化填料人工濕地處理農村生活污水-國投盛世

模塊化填料人工濕地處理農村生活污水-國投盛世

在6d內,模擬生活污水中氨氮、總磷和COD進出水濃度,以及MS和GS填料對各種污染物的去除效果見表1。從圖3(a)中可以看出,MS對氨氮的去除效果優于GS,其中,MS對氨氮去除率為64.86%,GS對氨氮去除率僅有46.72%。這是由于MS具有比GS更高的孔隙率,為硝化細菌和反硝化細菌提供更多的附著空間;同時由于模塊化填料沒有像碎石填料一樣緊密堆積,方便系統內水體與外界氣體的傳遞,加大水體中溶解氧的濃度,從而有利于提高微生物的活性。硝化細菌的最佳pH范圍在8.0~8.5之間,經測試,MS和GS的pH分別為8.3和7.8,所以MS為硝化細菌和反硝化細菌提供了更適宜的條件。

模塊化填料人工濕地處理農村生活污水-國投盛世

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通過MS-C-S和不同的MS-U-S、MS-C-L及GS-C-S系統的對比實驗,發現含氮化合物的去除主要依靠系統中微生物的硝化作用和反硝化作用,正值生長期的植物也能吸收污水中部分含氮化合物;植物和微生物對含氮有機物的轉化主要通過氨化作用,將可溶性的含氮有機物(DON)轉化成NH+4,再經過耦合硝化和反硝化作用去除氨氮;當系統內沒有種植植物,氨化作用、硝化作用、反硝化作用以及填料的吸附作用是去除含氮化合物的主要途徑。

總之,模塊化填料對氨氮和總磷的去除率明顯高于碎石填料,模塊化填料及以其為基質的人工濕地系統可以很好的去除氨氮、總磷和COD。MS具有貫通孔的特殊結構增大了填料孔隙率,為微生物提供了更多附著表面,截留更多污染物,且不易堵塞。