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人工湿地污水处理技术在高寒缺氧地区的应用

北极星环保网来源:江苏农业科学 杜甫义2017/10/17 14:48:13我要投稿
所属行业: 水处理  关键词:人工湿地 污水处理 污水处理技术

1.3高寒缺氧气候对微生物的影响

人工湿地去除污染物的净化作用与微生物的数量、活性密切相关[2]。人工湿地植物的根系和填料基质表面都富集了大量的微生物[1-3],其中包括好氧菌、兼性厌氧菌和厌氧菌,如放线菌、聚磷菌、硝化细菌、亚硝化细菌以及反硝化细菌等。

人工湿地污水处理系统中微生物的生存繁殖能力及其活性与床体基质的内部温度、含氧量有关,随着温度的降低微生物活性下降,特别当温度低于4℃时[1],微生物的生理活动几乎停止,其最适宜生长温度在25℃以上[11]。我国西藏等高寒缺氧地区常年平均温度为2~9℃,冬季最低可达-15℃左右,且昼夜温差较大,对系统微生物的生长活性及其去污能力造成很大影响。

研究表明,硝化和反硝化作用脱氮是人工湿地除氮的主要途径之一[8],而硝化速率在10℃以下将会受抑制,在6℃以下急剧下降,在4℃以下趋于停止[10],反硝化速率在15℃以下急剧下降[10-11]。

低温环境下,磷素的去除机理较为复杂,Helmer等在研究聚磷菌的“厌氧释磷-好氧吸磷”过程时发现,当系统运行温度从20℃降至10℃时,聚磷菌的过量吸磷能力下降,但降至5℃时却会迅速提高,温度继续下降时,其吸磷能力下降[19]。

2人工湿地在高寒缺氧地区运行解决措施

针对人工湿地在高寒缺氧地区基质、植物、微生物受气候影响致使运行效率较低的问题,并结合我国北方及全球中高纬度季节性低温地区人工湿地设计、构建及运行经验,目前国内外学者主要关注人工湿地的设计、建造、运行操作以及辅助强化措施等方面的研究,以期提高人工湿地在高寒缺氧地区的去污能力,特别是对氮、磷污染物的去除能力。

2.1高寒缺氧地区人工湿地设计

2.1.1结构选型

人工湿地分为表面流和潜流2种基本形式,不同类型的人工湿地特性见表1。表面流人工湿地一般由土壤为基质,种植挺水、浮水植物组成的生态系统,附着微生物量较少,且由于水流在湿地床体表层流动,易受外部天气等因素影响,保温性能较差;在西藏等高寒缺氧地区,常年低温、缺氧的气候条件更加使得微生物活性及水体大气复氧能力下降,加上湿地植物长势弱、生命周期短,致使湿地系统运行效果不佳,不适合在该地区应用。

人工湿地

潜流式人工湿地根据进水方式,又可以分为水平潜流和垂直潜流人工湿地;潜流式人工湿地是由一定深度的矿物基质为床体,表层种植挺水植物组成的生态系统,其附着微生物量较大,水流在池体内部基质中通过,保温性能较表面流人工湿地好[11]。

采用潜流进水方式使得污水处理充分利用了人工湿地的填料基质和植物根系[14],增加了微生物的附着表面、改善水力条件、便于提高和维持床体内部污水的温度和溶氧量[1-2],以提高其去除污染物的能力。针对人工湿地在高寒缺氧地区所面临的问题,为保证人工湿地在该地区的高效稳定运行,潜流人工湿地更具优势,设计、建造时应为首选。

2.1.2基质选择及装填

人工湿地中的基质别称填料,是人工湿地构建生态系统的“骨架”。人工湿地基质的选择应遵循比表面积大、透气性好、便于取材、经济适用的原则,在构建水平潜流和垂直潜流人工湿地时,基质的选择及装填方式因污水特征污染物和地域的差异而有所不同。

疏松多孔、通气性好、比表面积大的填料基质一方面有利于空气中的氧气进入湿地,促进硝化作用;另一方面填料基质含水率高,有助于形成厌氧环境,促进反硝化作用脱氮[10]。富含Ca、Mg、Fe、Al等金属氧化物的矿物基质能有效地固定磷;酸性条件下,含Fe、Al丰富的填料基质对磷的去除效果较好;碱性条件下,含Ca、Mg丰富的填料基质能有效沉淀除磷[14]。

一般来说,采用潜流人工湿地处理以有机物、悬浮物为特征污染物的污水时,可以选用粗沙、砾石或灰渣中的一种或几种为基质;以去除氮、磷为目的的人工湿地最好选择多孔、透气性能好、比表面积大的西藏等高寒缺氧地区的当地材料,如多孔透气砖、铁矿渣、石灰石或页岩等,不同基质特性见表2。

人工湿地

刘佳等认为,潜流人工湿地内填料基质应按级配形式逐层装填,使湿地床体内部具有良好的水力传导及大气复氧能力,为湿地能较好地去除污染物提供保证;其研究的沈阳浑南人工湿地示范工程进水TP含量为3.48~7.21mg/L,在冬季低温(低于0℃)条件下TP去除率达到87.75%~92.05%[20]。

研究表明,基质通过吸附、沉淀反应除磷属于物化反应过程,与植物、微生物的作用相比,受气温影响较小[21],因此湿地基质在高寒缺氧地区对污水的净化作用显得尤为重要。适合西藏等高寒缺氧地区建造人工湿地的基质填料如表2所示。

延伸阅读:

详解人工湿地常见水生植物特性、功能及其分类!

污水处理技术课堂|全面解析人工湿地原理 类型及植物选择

人工湿地生活污水处理技术全解析

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