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人工湿地(Constructed Wetland,Cw)污水处理技术因其运行效果稳定、运行及维护成本低、产泥量少、可以产生一定的生态及经济效益等优点,具有良好的发展前景和广阔的应用空间。但由于缺少针对性的植物筛选研究,以及实际应用中垂直流人工湿地运行参数的缺乏,限制了该技术的应用领域和空间。
为此,本学位论文利用华南典型的低浓度生活污水,首先通过盆栽实验对梭鱼草、水芋、香蒲、菖蒲、风车草、薏米、象草、春芋、红蛋、灯心花、石芒草、蔗草、蝎尾蕉和花叶良姜等14种待选湿地植物进行了筛选研究,在盆栽实验的基础上利用中试规模(5×5×1m)的垂直流人工湿地试验考察了单一植物与配置植物之间的净化效果差别,并研究了水力负荷的变化对垂直流人工湿地运行效果的影响,得出了以下主要研究结果:
蝎尾蕉、石芒草、灯心花、花叶良姜的生长状况明显表现出不适应低浓度生活污水的环境条件,梭鱼草、水芋、香蒲、菖蒲、风车草、薏米、象草、春芋和红蛋等10种植物则表现出对生活污水良好的适应性。与不种植物的空白对照比较,绝大多数植物的存在并没有明显提高盆栽对有机物的去除能力,多数不同种类植物之间去除有机物的能力并没有显著差异。石芒草、藨草、蝎尾蕉、灯心花和花叶良姜等5种植物对污水中N、P污染物的去除与空白对照无显著差异。而梭鱼草等其余9种植物可以显著去除污水中的TN和TP,因此,适合作为人工湿地植物用于净化生活污水,同时表明对TN和TP的去除能力可以作为筛选合适湿地植物的重要指标。
植物根区的基质脲酶活性与TN去除率之间存在显著的相关性,但与COD去除率之间的相关性不显著。说明TN的去除与基质中脲酶的催化作用密切相关,脲酶活性可以作为评价湿地植物净化污水效能的一个重要指标。磷酸酶的活性与TP及COD去除率之间都不存在显著的相关性。在本研究中,磷酸酶对有机磷污染物的降解可能不是去除TP的最主要因素。
在中试规模的垂直流人工湿地系统中,分别单一种植春芋和菖蒲的湿地,与均匀混合配置种植这两种植物的湿地之间在对COD、NH<,4><+>-N和TP的去除上不存在明显差别。而混合配置种植了9种植物的湿地,由于其中部分植物(如花叶良姜、灯心花、石芒草、蝎尾蕉)不适应生活污水的环境条件,或是对N、P等污染物的净化效果较差,对整个系统去除NH<,4><+>-N和TP的效果产生了一定的负面影响,但对去除COD没有产生明显影响。
运行进程对垂直流人工湿地COD去除率的影响较弱,而NH<,4><+>-N和TP的去除率随着运行进程明显下降。水力负荷的变化对系统去除COD效果的影响作用较小;但随着水力负荷的提升,系统的NH<,4><+>-N和TP去除率都会明显降低。连续进水五天,再经过两天时间的放空落干(湿干比为5∶2),系统可以恢复对污染物的净化能力。系统出水中的DO和pH都要低于进水的DO和pH,并且出水DO有随着进水DO变化而变化的趋势。出水的pH随着运行进程而增大;随着水力负荷的提高,出水pH也增大。
在本研究条件下,经过垂直流人工湿地系统处理后出水中COD、NH<,4><+>-N和TP浓度的变化与进水浓度和系统所采用的水力负荷之间没有显著相关性。