基质填充方式对铁碳-沸石人工湿地水质净化的影响

铁碳和沸石粒径对人工湿地基质的孔隙度具有影响,二者不同的填充方式将影响人工湿地中水流的不饱和流动、曝气后的DO分布、植物吸收作用以及微生物活动,进而影响污水中硝化与反硝化进程,影响污水处理效果.本研究通过在温室构建潜流人工湿地系统装置,均为间歇曝气,设立不同填料的填充配比和填充顺序,分别为:添加20%铁碳+80%沸石(其中铁碳在上层沸石在下层记为T2F8,铁碳在下层沸石在上层记为F8T2,下同)、40%铁碳+60%沸石(记为T4F6和F6T4)、60%铁碳+40%沸石(记为T6F4和F4T6),以添加100%沸石为对照组(F),探究基质的填充方式对人工湿地系统中污水处理的影响.结果表明,与铁碳填充于表层的湿地相比,铁碳填充于底层能显著提高人工湿地中pH与DO含量(p<0.05),并显著提高了对NH_(4)^(+)-N和TN的去除率(p<0.05),且当铁碳占比为20%时对NH_(4)^(+)-N和TN的去除效果最好;铁碳-沸石填充体积比为4∶6时人工湿地对于COD的去除效果提升最为显著(p <0.05).典型周期内,铁碳填充于底层且铁碳占比越少时能显著改善湿地中DO环境并显著提升湿地脱氮效率(p<0.05).综合而言,铁碳填充在底层且铁碳-沸石体积比为2∶8时的铁碳-沸石人工湿地(F8T2)水质净化效果最好.

人工湿地不同基质配置对复合重金属污水的长期处理效果

为探究不同基质对含有复合重金属污水的长期处理效果及重金属在人工湿地中的分布特征,通过温室内构建基质分别为砾石(CK)、沸石(F)、生物炭(S)和沸石-生物炭(FS)的4组垂直潜流人工湿地污水处理模拟装置,连续运行161 d,观测出水水质变化并研究湿地各系统中重金属的浓度分布特征。结果表明,所有装置出水均呈低溶解氧状态,pH呈中性或弱碱性;4组人工湿地均具有良好的脱氮除磷及重金属去除效果,有机物、TN、NO_(3)^(-)-N、NH_(4)^(+)-N和TP的平均去除率分别为91.93%~95.85%、86.08%~89.80%、94.99%~97.60%、75.22%~83.58%和60.35%~64.61%,Cu、Zn、Pb、Cd和Cr 5种重金属的去除率均在90%以上;菖蒲体内重金属的质量浓度表现为地下部分>地上部分,但菖蒲体内富集的重金属总量相对较少,整个系统中重金属主要富集在基质中(77%~96%);与湿地CK相比,沸石与生物炭的联合添加显著提高了污水的净化能力(P<0.01),但运行后期,装置对复合污水的去除率呈一定的下降趋势。

玉米芯和稻草秸秆强化潜流人工湿地对低C/N污水的处理效果

人工湿地在处理低C/N污水时存在碳源缺乏而严重限制反硝化进行的问题.为了补充反硝化需要的碳源,选择了玉米芯和稻草秸秆作为外加碳源引入湿地系统,对比两种碳源对湿地脱氮的强化效果.结果表明,通过11 d的纯水浸提释放实验发现,碳素累积释放量:稻草秸秆[(145.17±9.44)mg·g^(-1)]>玉米芯[(57.41±5.04)mg·g^(-1)];氮素累积释放量:稻草秸秆[(2.31±0.09)mg·g^(-1)]>玉米芯[(0.66±0.08)mg·g^(-1)].在观测的时间内,玉米芯和稻草秸秆累积释放碳氮比平均值分别为94.78和63.64.相比于稻草秸秆,玉米芯更适合作为外加碳源.在为期58 d的潜流人工湿地实验中,发现除了第8~12 d,添加玉米芯和稻草秸秆人工湿地出水中ρ(COD)超过50 mg·L^(-1)外,其它时间都低于50 mg·L^(-1).在观测期间,添加玉米芯人工湿地的NO~-_(3)-N去除率为93%~99%,具有良好的反硝化性能.而添加稻草秸秆人工湿地在运行后期NO~-_(3)-N去除率最低只有76.8%,反硝化速率明显下降.对照组NO~-_(3)-N去除率只有76.2%~77.7%,出现了明显碳源不足的现象.碳源不足还造成了NO~-_(2)-N的蓄积.添加稻草秸秆和对照组人工湿地中NO~-_(2)-N的出水质量浓度分别是玉米芯人工湿地的2.5~6倍和6~26倍.与添加稻草秸秆比,添加玉米芯可以使人工湿地中NO~-_(2)-N出水质量浓度得到更显著地降低(P<0.05).玉米芯、稻草秸秆和对照组人工湿地TN去除率分别为83.75%~93.49%、 76.59%~78.85%和67.85%~72.56%,三者之间存在显著性差异(P<0.01).最后,通过对玉米芯进行了稀碱加热预处理,使玉米芯的碳素累积释放量提高到(93.73±17.49)mg·g^(-1),累积释放的碳氮比提高至175.8,进一步提高了玉米芯的释碳性能,表现为更合适的外加碳源.