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1976年,德国人KatheSeidel就提出利用高等植物的生化作用去除污染物的思想,在实验中认识到芦苇等植物的根可产生微生物活性区域,而此活性区域作为生化反应器来转化降解污染物。Kichuth研究组基于KatheSeidel的思想在德国建立了第一个利用分层自然土壤作为高等植物生长基质的湿地处理技术工程。1980年这一技术在英国得到广泛应用;为降低造价,科研工作者用经过处理的河砾和河沙作为植物生长基质,构建了高分散度的废水处理设施并获得成功。目前,人工湿地处理系统成为英国小城镇污水处理的重要组成部分,其在欧盟各国及美国的应用也较广泛,处理后的水可以按质进行回用,实现了资源的再利用。
人工湿地污水氮的去除和湿地系统的设计、植物种类、植物根部环境的化学性质、植物摄取量、可利用碳源等条件有关。另外,人工湿地中氮的去除量也依赖于污水在湿地中停留的时间。湿地中氮的循环主要通过一系列复杂生物化学作用方式发生,它包括直接转化成氮化物及其它矿物质结合起来。硝化、反硝化是人工湿地中除氮的一种重要途径,植物输送氧气到达底部根区,在根区联合形成好氧小区,氮在微生物的作用下进行氨氮的硝化过程:
NH4+—NO2--NO3-
在远离根区的部位,NO3-由于缺氧环境而进行反硝化过程,从而使氮以气体的形式去除:
NO3-—NO2-—NO—N2O—N2
湿地底部有机物的分解和生物降解及底部较低的溶解氧浓度,及充足的有机物作碳源,这些都为反硝化过程提供了条件。
湿地中的磷主要通过植物的吸收及与其它有机物结合去除,产生气态物释放到大气中是另一途径。磷在湿地中通过沉淀作用去除的反应为:
5Ca2++3PO43-+OH-—Ca5(PO4)3OH
Al3++PO43-—AlPO4
Fe3++PO43-—FePO4
湿地中植物和基底材料的选择对去除磷有很大影响。主要是基底材料中钙、镁和磷作用形成沉淀。随着时间的推移,基底材料中磷达到饱和,湿地去除磷能力降低,所以为加强湿地初期的除磷能力,在湿地选择中应注意选择含钙、镁较高的土壤作为基底材料,因为初期湿地中植物还没有形成较稳定的生物群。基底材料吸收磷饱和后,又可通过基底中的生物群去除磷。
湿地中的不溶性有机物主要通过湿地的沉淀、过滤作用而被截留在湿地中;可溶性游击区通过植物根系生物膜的吸附、吸收及生物降解过程而被分解去除。生物降解过程主要通过耗氧和厌氧代谢得到降解,从而降低污水的BOD和COD。耗氧代谢过程可表示为:复杂有机物+O2—CO2+H2O+稳定产物,其中稳定产物被微生物用于自身细胞合成。厌氧代谢过程较慢,只能用于去除少量的BOD和COD:复杂有机物—CO2+CH4+不稳定产物。
2.4.4人工湿地组合工艺主要优点:
(1)运行费用及一次性投资费用较低,适合欠发达地区的推广使用。
(2)本工艺对有机物特别是氮、磷的去除效果好。
(3)相对占地面积省,适合重庆地区多山少平地的地理情况。
(4)系统运行管理简便易行,无需专业人员进行管理维护。
(5)工艺适用性强,可根据重庆地区的山地多、地形、地势多变的情况采用不同的布水方式及不同流态。
(6)筛选出了适合重庆地区气候特点的水生植物,其具备了适应性强(抗虫害、耐低温)、生长快、污染物去除效果好等特点。
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