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1.1实验装置与基质
如图1,实验装置为人工实验柱,柱体采用有机玻璃材料,直径10cm,高60cm,柱体中铺设50cm高的基质层(在实验柱底部填充大粒径的实验基质以防止堵塞),下方设置锥形排水口.实验选用了沸石、砾石和无烟煤这3种常用的人工湿地基质,每种基质分别选取了3种常见的粒径,分别为1~2、2~4、4~8mm粒径的沸石,2~4、4~8、8~16mm粒径的砾石、以及2~4、3~5、6~8mm粒径的无烟煤.共9组处理,每组处理设置3个重复.
图1人工实验柱系统
1.2实验设计与进水
实验前期(4月中旬),用实际生活污水培养人工实验柱系统,以模拟真实的微生物环境.5月初,人工实验柱排出实际生活污水后,注入人工配置的污水,开展水质净化实验.配置污水所用底水为亚热带林业研究所内的池塘水,参考冯华军等对浙江省生活污水的水质调查结果模拟生活污水水质,分别用蔗糖、硝酸钙、硫酸铵、磷酸二氢钾调整了化学需氧量、总氮、铵态氮和总磷的浓度,使进水污染物浓度保持在较高水平,进水pH为7(表1).
表1实验期间进水水质
实验期长两个月,采取间歇进水方式,一次性注入配置污水2L,使污水恰好没过基质层2~5cm,研究水力停留时间(hydraulicretentiontime,HRT)为7d时,3种基质和粒径大小对污水中COD、TN和TP的去除效果.本研究采取了较长的水力停留时间,目的在于使污水与基质充分接触,既延长污水中污染物质与基质表面微生物的作用时间,也为基质的吸附、沉淀等物理化学反应提供充足的反应时间,有助于体现基质之间的差异性.
1.3指标测定与统计分析
水样测试指标为化学需氧量(COD)、总磷(TP)、总氮(TN),分别采用重铬酸钾法、过硫酸钾氧化-钼锑抗比色法和过硫酸钾氧化-紫外分光光度法进行测定.
使用MicrosoftExcel2010和SPSS20.0对数据进行统计分析和绘图:对相同粒径不同基质类型的数据、相同类型不同基质粒径的数据分别进行LSD法显著性检验(P<0.05)和Duncana,b,c多重比较(α=0.05);对总样本进行主体间效应的检验(P<0.05),得到基质粒径和基质类型对污染物去除率变异的贡献值.
2结果与分析
2.1COD的去除
从图2可以看出,不同粒径沸石和无烟煤基质对COD的去除率均表现为大粒径优于小粒径:4~8mm>2~4mm>1~2mm(沸石),6~8mm>3~5mm>2~4mm(无烟煤),且不同粒径之间在0.05水平上差异显著,4~8mm沸石和6~8mm无烟煤对COD的平均去除率分别达到了53.74%和62.93%.不同粒径砾石对COD的去除效果表现为:4~8mm>8~16mm>2~4mm,且3种粒径之间存在显著性差异(P<0.05).
图2
以3~5、6~8mm无烟煤对COD(TN、TP)去除率的均值为4~8mm无烟煤的COD(TN、TP)去除率;小写英文字母为Duncana,b,c多重比较结果,不同字母之间表示COD去除率存在显著性差异(P<0.05),下同图2不同基质和粒径对COD的平均去除率
在2~4、4~8mm粒径下,3种基质对COD的去除效果均表现为砾石最好,分别为44.45%、60.76%.方差分析结果显示,在4~8mm粒径下,无烟煤和砾石对COD的去除效果要显著优于沸石(P<0.05),但在2~4mm粒径下,3种基质对COD的去除率之间无显著性差异(P>0.05).
2.2TN的去除
图3结果显示,3种基质对TN均有较高的去除率.沸石对TN的平均去除率最高,1~2mm沸石对TN的平均去除率达到了88.64%;其次是无烟煤,平均去除率在60%以上;砾石基质对TN的去除效果相对差一些,但2~4mm砾石对TN的平均去除率也高达68.49%.方差分析结果显示,不同粒径的沸石之间、砾石之间以及无烟煤之间对TN的去除率均存在显著性差异(P<0.05),总体上表现为小粒径优于大粒径.在2~4、4~8mm粒径下,3种基质对TN的去除效果均表现为:沸石>无烟煤>砾石.具体联系污水宝或参见http://www.dowater.com更多相关技术文档。
图3
图3不同基质和粒径对TN的平均去除率
2.3TP的去除
从图4可以看出,无烟煤对TP的去除效果最好,平均去除率在60%以上,其次是砾石,去除率在20%~40%之间,沸石对TP的去除效果最差,平均去除率仅在15%以上.表2结果显示,不同粒径的沸石之间、砾石之间和无烟煤之间对TP的去除效果在0.05水平上均存在显著性差异;其中,砾石和无烟煤表现为小粒径优于大粒径,沸石基质则表现出与此相反的趋势:4~8mm沸石对TP的去除效果显著优于1~2、2~4mm(P<0.05).
图4
图4不同基质和粒径对TP的平均去除率
表2基质类型和基质粒径对COD、TN、TP去除影响的统计分析1)
在2~4mm粒径下,3种基质对TP的去除效果表现为:无烟煤>砾石>沸石,且方差分析结果显示,3种基质对TP的去除效果之间均存在显著性差异(P<0.05);在4~8mm粒径下,无烟煤基质对TP的去除率(62.68%)也显著高于沸石(27.29%)和砾石(27.98%).
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