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总体来看,该人工湿地系统对氮的去除效果较好,出水口氨氮、硝态氮和总氮的浓度均达到了GB18918-2002一级A标准。而且大棚系统对低温季节氮的去除起到了显著作用。
2. 3磷和COD的去除效果分析
由图5可知,本湿地总磷去除效果较好,进水口浓度为0. 19- 0. 41 mg / L,而出水口总磷浓度仅为0. 02 -0. mg / L,去除率为77%一94%。低温季节12月一次年2月,去除率仍高于84 %。总磷的平均去除率贡献率最高的是强化生物膜系统,为38%,最低为生态滤地系统,仅11%。整个湿地表现为越靠后的子系统去除贡献率也越低。子系统去除贡献率变化与温度的升高并没有明显关系。大棚系统对磷的去除起到了主导作用,贡献率为67%一80%。
而进水口COD相对较稳定,变化在51. 55 -59. 98mg / L,出水口为29. 58 -37. 97mg / L(见图6)。去除率从1月份的最低32%有逐月增加的趋势,到5月去除率高达51%,即COD的去除效果有随着温度上升而加强的趋势。COD的去除贡献率最高的是强化营养膜生态系统,为27 %;生态滤地系统的平均贡献率最低,仅9%。前3个模块对COD的去除贡献率相对平均,后2个系统平均贡献率较低。大棚系统在12月贡献率最高,高达91%,在2月贡献率最低,为65 %
因此,本研究的湿地系统对总磷和COD的去除效果比较好,出水日浓度均达到GB 18989-2002一级A标准。大棚系统在运行中对污染物去除起主导作用。
3讨论
3. 1温度变化对污染物的去除效果影响
人工湿地对氮的去除主要是依靠植物吸收和微生物硝化反硝化作用。在冬季,由于植物枯萎,微生物活性降低甚至停止活动,人工湿地对氮的去除率始终较低。研究表明,硝化反硝化细菌最适宜活动温度在30℃左右,而在5℃以下,硝化反硝化细菌活动基本停止。本高效复合人工湿地系统由于大棚保护等的作用,为反硝化细菌创造了很好的温度环境,从而促进了尾水低温季节氨氮和硝态氮的去除效果。由于本湿地进水总氮以氨氮和硝态氮为主,因此,总氮的去除率在低温的12月一次年2月仍然在40%左右,略高于温度较高的3月一5月。
总磷的去除主要依靠基质吸附和湿地植物吸收。本系统总磷的去除率稳定在很高水平。总磷去除率各个月份能够保持在80 % -90%之间,与王学华等的研究结果一致。研究表明,人工湿地基质对磷的吸附能力会随着温度的上升而有所提高;而且,传统露天湿地中,植物自然凋落后,会向水体释放出磷。而本湿地中,植物在大棚的保护作用下,冬季仍然能够正常生长,基质对吸附磷以及植物吸收磷的作用不会受到影响。所以本湿地中,大棚能够从基质和植物两方面,提高工程的除磷能力。
COD的去除主要依靠微生物的降解作用。在溶解氧和温度适宜的条件下,COD去除率就会大大提高。本研究中COD的去除率也表现出了随温度上升而升高的趋势。尽管低温季节12月一次年2月COD的去除率会受到影响,但是由于其进水日的浓度仍然较高,该湿地系统对COD的去除效果仍然维持较高,其出水日COD浓度仍然较低,达到了GB 18989-2002一级A标准。
3. 2各子系统对污染物的去除特性
各子系统主要分为大棚系统和露天系统。前者对氮的去除起主导作用,主要体现在以下两个方面。首先,强化生物膜系统对氨氮的去除效果最好,但对硝态氮的去除较差。因为影响氨氮与硝态氮的去除另一重要因索是供氧条件,硝化作用在好氧条件下效果较好,而厌氧条件则有利于反硝化作用。本研究中强化生物膜系统由于有曝气装置,所以水体中溶解氧较高,这促进了硝化作用的进行,但是抑制了反硝化作用,氨氮大量转化为硝态氮,造成了硝态氮在这个系统去除率较低,甚至在4月硝态氮的去除率为负,这是由于4月水体溶解氧明显高于其余几个月。其次,营养膜生态系统对硝态氮、总氮的去除贡献率最高,这是由于这个系统面积大,植物数量多,容易形成厌氧区,这就为氮索去除创造了良好的条件。营养膜生态系统中有大量的植物根系供微生物附着,植物吸收和微生物作用效果明显。
总磷的去除仍然是大棚保护系统贡献率较高,均高于60 %。由于系统总磷进水浓度不高,而大棚位于湿地前半部分,水流经露天系统时,总磷浓度已经较低,影响了系统的去除效果,但露天系统使得湿地对进水总磷浓度的提高有良好的缓冲能力。同样,大棚系统对COD的去除贡献率较高,这是由于大棚系统中植物冬季仍然能够正常生长,根系附着了大量的微生物,植物的存在也能提高微生物的降解能力。具体参见污水宝商城资料或http://www.dowater.com更多相关技术文档。
4结论
具有大棚保护的高效复合人工湿地在冬季低温条件下仍然能保持较高的污染物去除率,在低温的在12月一次年2月间,该人工湿地系统对NH4+ -N的平均去除率达到68%,硝态氮的平均去除率为34 %,总氮的平均去除率为39%,总磷的和COD的平均去除率为87%和34 %。污水处理厂尾水经过高效复合人工湿地处理后,出水日各污染物均达到GB 18918-2002一级A标准。因此,在冬季低温季节,高效复合人工湿地的前半部分系统添加大棚能够显著提高冬季氨氮、硝态氮、总氮、总磷和COD的去除效果,提高复合人工湿地在冬季对污染物去除能力,保持人工湿地全年高效净化运行效率。
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