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人工湿地脱氮除磷机理及其研究进展

北极星环保网来源:工业水处理 李志杰等2018/1/11 8:49:51我要投稿
所属行业: 水处理  关键词:人工湿地 脱氮除磷 污水处理

2人工湿地除磷的机理及其主要影响因素

2.1除磷机理

人工湿地通过水生植物、基质和微生物的共同作用来完成对磷的去除。研究证明,人工湿地中基质对磷的去除是最主要途径,包括物理去除和化学沉淀去除两大过程。

无机磷也是植物必需的营养元素,废水中无机磷可被植物吸收利用组成卵磷脂、核酸及ATP等,然后通过植物的收割而移去。

微生物对磷的去除包括对磷的正常同化和过量积累。由于人工湿地系统中植物光合作用光反应、暗反应交替进行,根毛输氧也交替出现,以及系统内部不同区域对氧消耗量存在差异,从而导致系统中好氧和厌氧情况交替出现,使磷的过量释放和过量积累得以顺利完成。

2.2影响除磷的主要因素

2.2.1基质

不同基质对磷的去除存在较大差异,若土壤中含有较多的钙、铁、铝氧化物,则有利于生成溶解度很低的磷酸铁或磷酸铝,增强土壤的去磷能力。

A.Drizo等研究表明:粉煤灰对磷的吸附量最高,其次是页岩、铝矾土、石灰石、陶粒和沸石,其中页岩和铝矾土的累积磷吸附量最高,分别为730、355mg/kg,而X射线荧光分析发现,页岩表面有大量的磷沉淀,由此可以得出,页岩是这几种人工湿地填料中除磷效果最好的填料。

YouqinZou等对比分别由陶粒和砂砾建成的两组人工湿地发现,在水力负荷为2.53~6.74cm/d区间,陶粒床人工湿地对COD、NH4+-N、TP的去除率分别为83.3%、98.21%、98.98%,优于砂砾人工湿地的处理效果。Y.Q.Zhao等研究发现,明矾污泥和碎石床人工湿地系统对TP的月去除率高达94%,对无机磷的月去除率高达97%,足见明矾污泥在湿地除磷中的前景。

2.2.2水生植物

水生植物在人工湿地除磷中有举足轻重的作用,有植物的湿地对磷的去除有很好的效果。研究发现,黄花鸢尾碎石床人工湿地对TP的去除效果明显优于无植物碎石床,其TP去除率分别为67.6%、57.4%,可见黄花鸢尾对TP的去除有很大影响。

李林锋等研究表明:有湿地植物的湿地TP去除率为56%~65%,远高于没有植物的湿地对TP的去除率(约为45%);其中,植有香蒲、芦苇与茭白的人工湿地TP平均去除率约为62.6%,植有水葱和千屈菜的人工湿地TP去除率约为57%,植有鸢尾和菖蒲的人工湿地TP去除率约为59%。

2.2.3微生物

微生物在湿地除磷中有着重要的作用。研究表明,由于水芹湿地和凤眼莲湿地中含有大量的磷细菌,水芹和凤眼莲湿地对磷的净化率比空白床分别高16.0%、8.1%。由于含磷细菌量高于另外两组湿地,水芹湿地在整个过程中对磷的去除率都高于对照组和凤眼莲湿地,平均高出16.0%、9.7%。

凌云等研究表明:微生物的增加使TP平均去除率达到20.9%,高于空白的18.3%。可见微生物对磷的去除有一定影响。

2.2.4进水的影响

湿地进水可影响湿地微生物及植物的生长,从而影响处理效果。研究表明:随着碳源的增加,释磷菌能够从进水中获得充足的碳源,从而可以比较充分地释磷,因此,磷的去除率随碳氮比的增加而提高。

汤显强等研究表明:与无曝气人工湿地系统相比,中部曝气使可溶性活性磷(SRP)和TP月平均去除率分别提高10.2%、8.8%,底部曝气则为7.7%、7.4%,可见间歇曝气能够有效提高人工潜流湿地磷去除效率。

3人工湿地脱氮除磷中存在的问题及对策

3.1存在的主要问题

虽然人工湿地在脱氮除磷方面有很大优势,但也存在很多问题。如低溶解氧限制对氮、磷的去除;单一、单级基质难达到预期处理效果;填料堵塞问题;植物的合理选取与搭配以及植物枯萎造成对水体的二次污染等问题。

3.2提高脱氮除磷的措施

人工湿地对氮磷的去除与基质、微生物、植物种类、污水类型、水力负荷、水文特征、气候特征等因素密切相关,为了提高对氮磷的去除效果,建议考虑采用以下措施:

(1)在污水进入人工湿地前进行充氧(曝气、跌水等),提高污水的溶解氧浓度,为微生物创造一定的有氧环境,促进亚硝酸菌和硝酸菌的增殖,从而提高人工湿地的硝化能力;也可利用垂直流人工湿地的特点,发挥其溶解氧含量高的优点,强化对氮、磷的去除。

(2)采用沸石等富含Ca、Fe和Al等的基质,提高对P的吸附去除;研究新型填料,强化对N、P的吸附作用;采用多种填料组合使用,提高填料的分级,选用合适的粒径级配等措施来强化处理效果。

(3)改善进水方式,采用间歇进水,防止填料堵塞,提高对N的去除;对湿地进水预处理,采用不同湿地类型交叉联合设置提高处理效果的稳定性。

(4)选用氮磷吸收能力强、具抗逆性、有一定经济利用价值和景观价值、易管理的湿地植物;考虑采用多种植物混合种植,提高去除效果。

(5)及时收割湿地植物和更换基质,避免因植物枯萎和基质吸附饱和释放污染物对水体造成的二次污染。

近年来水处理专家侧重于人工湿地组成的各个影响因素研究,从而局部上改进了人工湿地脱除氮磷的效力,并实践组合交叉不同类型的湿地,从整体上优化人工湿地的作用。但作为人工建造的生态系统,人工湿地有其不足之处,脱氮除磷技术有待不断完善和发展。

在今后的研究中势必要加强高效脱除氮磷基质研究,根据污水中氮磷污染物的种类、特征采取几种基质的组合或开发复合基质;加强人工湿地脱除氮磷机理的研究,使人工湿地与城市建设有机结合,解决生活污水高氮磷;通过试验筛选利于氮、磷双方面脱除的微生物,并根据污水氮磷的具体情况合理组合微生物群。

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