研究：生活污水植物净化系统-第2页-北极星水处理网

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2. 2NH₃ -N净化效果

实验系统稳定运行后,各组系统对污水中NH₃ -N 的去除效果如图3 所示。

由图3 可以看出,实验系统进水NH₃ -N浓度均值为32. 8 mg˙L - 1 ,空白对照组、北水苦荬组和巴天酸模组出水NH₃ -N 浓度均值分别为20. 3、18. 6、18. 1 mg˙L - 1 。北水苦荬组前期、中期、后期对NH₃ -N 去除率平均值分别为36. 3% 、46. 3% 、48. 1% ;巴天酸模组前期、中期、后期NH₃ -N去除率平均值分别为37. 6% 、46. 9% 、50. 5% ;空白组前期、中期、后期NH₃ -N去除率平均值分别为35. 0% 、39. 1% 、40. 6% 。由此可以看出,巴天酸模组对NH₃ -N去除效果最好,且最高能够达到55% 左右,北水苦荬组略差于巴天酸模组,空白对照组去除效果最差,但变化相对平稳。实验证明有植物的实验组系统对NH₃ -N的净化效果明显优于无植物的空白组系统。

湿地中NH₃ -N 的来源主要是游离的NH⁴⁺ 和含氮有机物的氨化分解。实验中北水苦荬和巴天酸模2 实验组植物生长需要吸收分解一部分NH₃ -N,同时植物根系传输氧为好氧微生物提供条件从而促进了硝化和反硝化作用,所以NH₃ -N 的去除效果较理想。空白对照组由于缺少好氧微生物的作用,对NH₃ -N的去除效果较差。

2. 3TN 净化效果

实验系统稳定运行后,各组系统对污水中TN 的去除效果如图4 所示。

由图4 可以看出:3 组实验系统在运行前期对TN 的去除率均较低,平均去除率维持在35% 左右;但到实验中期,北水苦荬组和巴天酸模组对TN 的去除率开始明显上升,平均去除率可以达到46% 以上,而到后期TN 去除率则出现了小幅减小。空白对照组TN 去除率变化整体较为平稳,且效果低于实验组。

氮在污水中主要以有机态氮和氨氮形式存在,通过基质吸附、植物吸收以及生物的硝化和反硝化作用等途径去除。实验前期由于植物生长缓慢,对氮素的吸收需求较少,3 组系统对氮的主要去除途径一致,去除效果相当;实验中期植物生长旺盛,促进了对氮素的吸收分解,加之植物根区微生物对氮素的同步分解转化,提升了实验组对氮的去除效果;实验后期植物生长变缓,对氮素的需求有所减少,实验系统对氮的去除能力也有所降低。

2. 4TP 净化效果

实验系统稳定运行后,各组系统对污水中TP 的去除效果如图5 所示。

由图5 可以看出:空白对照组实验前期、中期、后期对TP 平均去除率分别为39. 4% 、44. 8% 、43. 5% ;北水苦荬组前期、中期、后期对TP 平均去除率为38. 1% 、49. 8% 、49. 0% ;巴天酸模组前期、中期、后期对TP 平均去除率为37. 9% 、50. 3% 、50. 9% 。从运行时间上对TP 的去除效果对比来看,实验前期3 组系统对TP 去除效果相差不大,而实验中期和后期北水苦荬组和巴天酸模2 实验组对TP 的去除效果明显优于空白对照组,且巴天酸模组最好。

由于磷不同于氮,不能转化为气体直接转移到系统外,因此湿地土壤一直被公认为系统中磷的最终归宿。在人工湿地中,植物吸收的磷却能够通过人工收割的方法转移至系统外,所以探索新型污染修复植物,增加植物对磷的吸收量是提高湿地系统中TP 整体去除效果的重要途径。

2. 5污染物去除的相关性

利用统计分析软件SPSS 分别对各组系统中COD、NH₃ -N、TN、TP 的去除率进行Pearson 相关性分析,考察各湿地单元主指标去除率之间的关系。

表1北水苦荬组各指标去除率直接的Pearson 相关性

表2巴天酸模各指标去除率直接的Pearson 相关性

表3空白组各指标去除率直接的Pearson 相关性

如表1 所示,北水苦荬组系统内COD-TP、NH₃ -N-TN、NH₃ -N-TP、TN-TP 主指标间两线性在0. 01 水平上显著相关,Pearson 相关系数分别为0. 732、0. 917、0. 861、0. 850,表现出系统中NH₃ -N、TN 和TP 的去除具有较高的同一性,这与植物的吸收作用有很大关系。如表2 所示,巴天酸模组系统内COD-NH₃ -N、NH₃ -N-TN、NH₃ -N-TP、TN-TP 主指标间两线性在0. 01 水平上显著相关,Pearson 相关系数分别为0. 651、0. 816、0. 922、0. 804,表现出系统中NH₃ -N、TN 和TP 的去除也具有较高的同一性。如表3 所示,空白对照组系统中NH3 -N-TN、NH₃ -N-TP、TN-TP 主指标间两线性在0. 01 水平上显著相关,Pearson 相关系数分别为0. 748、0. 644、0. 749,空白对照组同样表现出NH₃ -N、TN 和TP 的去除具有一定的相关性。

3 组实验系统中均表现出NH3 -N、TN、TP 去除率之间两两相关,这可能是由于NH3 -N、TN、TP 的去除途径有诸多相似的原因,如植物吸收作用同时去除氮磷,TN 中包括NH₃ -N,NH₃ -N的去除意味TN 的减少等。空白对照组与北水苦荬组、巴天酸模组相比指标间相关性系数相对较低,可能是由于空白组没有植物同步吸收氮磷作用。COD 与其他各指标之间相关性均较低,这与COD 在去除机理和去除途径上的不同有关。

3结论

实验通过建立北水苦荬和巴天酸模动态砾石基质净化系统,探讨2 种本地野生植物对生活污水的净化能力以及将其运用到人工湿地的可行性。结果表明,北水苦荬和巴天酸模砾石基质净化系统对生活污水中COD、NH₃ -N、TN 和TP 等主要污染指标平均去除率可以达到42% ~ 56% ,去除效果良好,且二者去除能力差别不大,而空白对照组对污水中各项污染指标的平均去除率则明显低于实验组,这也验证了北水苦荬和巴天酸模应用于人工湿地污水处理中的可行性。

污染物去除的相关性分析表明,在不同实验系统内,各指标间去除率的相关性也存在着较大的差异,北水苦荬和巴天酸模2 组湿地系统内各污染指标去除率相关性系数较高,污染物的去除过程存在一定的同一性,而空白对照组系统中各指标去除率之间的相关性系数则较低,这与净化系统中植物对污染物的吸收作用密不可分。对各类湿地的污染物去除率之间的相关性进行分析,有利于弄清各污染物的去除机理,更好的改进湿地的结构和功能配置。实验今后拟探讨引用其他沉水或浮游野生植物,采用结构上改进为复合式湿地系统,提高污染物综合去除率,满足处理达标要求,从而最终实现工程上的应用。

原标题：生活污水植物净化系统研究

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