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3种类型人工湿地处理富营养化水体中试比较研究

更新时间:2009-08-19 16:18 来源: 作者: 聂志丹,年跃刚,金相灿,宋英伟,李林锋,谢爱军 阅读:3246 网友评论0

针对五里湖富营养化水体,在同等条件下开展了3种类型人工湿地处理效果的比较研究,试验采用现场中试规模,水力负荷为0.8m/(m·d).结果表明,垂直流、潜流和表面流3种人工湿地对氨氮的平均去除率分别为33.2%、27.4%和14.1%;对总氮的平均去除率分别为52.3%、50.1%和19.2%;对总磷的平均去除率分别为58.8%、57.9%和26.3%;对锰酸盐指数的平均去除率分别为37.2%、38.3%和14.8%;对叶绿素a的平均去除率分别为86.9%、96.1%和55.3%。可见,垂直流人工湿地对氨氮、总氮和总磷的去除效果最好,潜流人工湿地对高锰酸盐指数和叶绿素a的去除效果最好,但垂直流和潜流人工湿地之间的差异较小,表面流人工湿地对各污染物的去除效果均远低于前两者.从出水水质稳定性来看,垂直流人工湿地出水水质最稳定,潜流次之,表面流最差。

人工湿地因其低能耗和易管理等优点,被广泛应用于各类不同水体的水质净化,包括城镇生活污水、工业废水、农业污水等方面.按结构不同可将其分为表面流、潜流和垂直流3种类型,并各具优缺点。近几十年来,人工湿地被引入处理富营养化水体,如英国伦敦泰晤士河,美国Apopka湖“等均采用了人工湿地技术,但国外大多采用表面流人工湿地,国内在人工湿地技术应用于富营养化水体方面也作了一些研究工作,如刘红、代明利等开展了潜流和垂直流人工湿地改善官厅水库水质的研究,吴振斌等运用复合垂直流人工湿地处理武汉东湖水。目前关于人工湿地的研究大多局限于单一湿地类型的去除效果研究,较少进行不同类型人工湿地处理效果的比较。

由于不同类型的人工湿地结构及运行方式不同,其处理对象、处理效率、应用地点和经济指标都有差异,因此在实际应用时需结合不同类型人工湿地及应用对象进行选择,但系统地将3种类型人工湿地对富营养化水体处理效果的比较研究鲜见报道,为此,在太湖的五里湖现场进行了针对富营养化水体的3种类型人工湿地处理的中试比较研究,探索不同湿地类型应用于富营养化水体处理效率之间的差异。

1试验装置与方法

1.1试验装置

设施位于无锡市东五里湖大桥东侧湖岸边,垂直流和潜流单元都为30Hl2(长×宽×深:20m×1.5m×0.8m),分3层依次填充基质,下层约25cm填充粒径25~35mm的大砾石,中层约25cm填充粒径16~25mm的中号砾石,上层填充约30cm粒径5~10mm的小砾石,单元内都种植香蒲(Typhalatifolia).自由表面流单元为30Hl2(长×宽×深:20m×1.5in×0.4in),基质为土壤,植物为香蒲。单元都铺防水布防止渗漏.植物都按10株/Hl2的密度定植在湿地单元中,垂直流、潜流和表面流3个单元的植物最大平均生长高度分别为223.4cm、224.6cm和221.1cm。

1.2进水情况及分析方法

进水为五里湖湖水,水力负荷为0.8Hl3/(Hl2·d)。试验时间从2004—08—03~2006—01—15.污染物进水浓度分别为:TN4.1~7.0mg/L;N一N0.9~3.8mg/L;高锰酸盐指数5.0~10.3mg/L;TP0.09~0.19mg/L;Chl—a40.3~128.9/zg/L。运行期间春夏秋冬进水的平均水温分别为14.7℃、27.2℃、18.3℃和3.7℃。进水pH值为7.33~7.74,曲袋Z+受定期采集人工湿地处理各单元进出水水样带回实验室,用Skalar连续流动分析仪(荷兰)测定TN、TP、NH4+一N;按文献[18]方法测定高锰酸盐指数和Chl—a的含量。

2结果与分析

2.13种人工湿地对NrI;一N去除效果比较

图1为垂直流、潜流和表面流3种人工湿地的氨氮进出水浓度变化趋势比较。从图1可知,氨氮的进水浓度波动比较大,冬季浓度明显高于夏季,平均为2.3mg/L;3种人工湿地出水浓度与进水浓度基本上保持正相关关系.在出水浓度稳定性方面垂直流变化最小,最为稳定;潜流次之;表面流变化最大,冬季表面流人工湿地氨氮的出水浓度接近进水浓度。

图2为3种人工湿地氨氮去除效果比较,从图2可知,3种人工湿地对氨氮的平均去除率均较低,分别为33.2%,27.4%和14.1%。其中垂直流人工湿地处理效果最好,潜流次之,表面流最差。氨氮的去除主要是通过好氧微生物的降解,由于表面流的土壤基质孔隙度低,水在基质表面流动,复氧能力差,且为微生物生长提供载体的基质仅为表层部分。而垂直流和潜流的基质均为孔隙度较高的砾石,不仅复氧能力优于土壤基质,而且为微生物提供了大量的挂膜空间,因此垂直流和潜流对氨氮的处理效果明显优于表面流。其中垂直流的复氧能力最强,氨氮的去除效果最好。

2.23种人工湿地对TN去除效果比较

……

3结论

(1)垂直流、潜流和表面流3种人工湿地对氨氮的平均去除率分别为33.2%、27.4%和14.1%;对总氮的平均去除率分别为52.3%、50.1%和19.2%;对总磷的平均去除率分别为58.8%、57.9%和26.3%;对高锰酸盐指数的平均去除率分别为37.2%、38.3%和14.8%;对叶绿素a的平均去除率分别为86.9%、96.1%和55.3%。

(2)总体来看垂直流人工湿地对氨氮、总氮和总磷的去除效果最好,潜流人工湿地对高锰酸盐指数和叶绿素a的去除效果最好,但垂直流和潜流人工湿地之间的差异较小,表面流人工湿地对各污染物的去除效果均远低于前两者。

(3)从出水水质稳定性来看,垂直流人工湿地的氨氮、总氮、总磷和高锰酸盐指数出水浓度最稳定,潜流次之,表面流最差.而对于叶绿素a的去除潜流人工湿地的出水最稳定,垂直流次之,表面流最差。

(4)结合去除效果和出水水质稳定性考虑,对于类似于五里湖的富营养化水体,选择垂直流和潜流人工湿地较为合适。

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