人工濕地廢水處理脫氮研究淺析

1、<p>　　人工濕地廢水處理脫氮研究淺析</p><p>　　摘要 本文比較系統(tǒng)的討論了人工濕地處理廢水的脫氮效果，并闡明不同影響因素對(duì)人工濕地脫氮效果的效應(yīng)。為進(jìn)一步研究提供了資料。 </p><p>　　關(guān)鍵詞人工濕地脫氮效率因素 </p><p>　　中圖分類號(hào)：X702 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A </p><p>　　近年來，人工濕地

2、污水處理技術(shù)在我國(guó)得到了廣泛的應(yīng)用，對(duì)于人工濕地脫氮機(jī)理的研究也倍受重視。由于人工濕地脫氮涉及因素多，過程復(fù)雜，很多因素的作用難以定量化，且研究者的報(bào)道也存在差異，因此，弄清人工濕地脫氮機(jī)理的研究工作比較困難，且尚需一段時(shí)間。本文對(duì)氮的去除機(jī)理和影響脫氮效果的因素進(jìn)行了研究，并對(duì)改善濕地脫氮效果的方法進(jìn)行了分析，以利于人工濕地脫氮，減少水體的富營(yíng)養(yǎng)化。 </p><p>　　1人工濕地氮的去除機(jī)理 </p&

3、gt;<p>　　進(jìn)入到人工濕地中的氮可以通過濕地排水、氨氮的揮發(fā)、植物吸收、微生物硝化與反硝化作用以及基質(zhì)的吸附、過濾和沉淀而進(jìn)行去除，其中微生物的硝化與反硝化起到了重要作用[1]。 </p><p>　　1.1表層氨氮揮發(fā)作用 </p><p>　　許多研究表明，劣質(zhì)水中氨氮在濕地地面的揮發(fā)需要在系統(tǒng)pH值大于8.0的情況下發(fā)生，一般人工濕地的pH值在7.5-8.0之間，

4、因此，通過濕地地面揮發(fā)損失的氨氮可以忽略不計(jì)。但是，當(dāng)人工濕地中填充的是石灰石等介質(zhì)時(shí)，濕地系統(tǒng)中的pH值會(huì)很高，此時(shí)通過揮發(fā)損失的氨氮就需要考慮。 </p><p>　　1.2基質(zhì)吸附過濾和沉淀作用 </p><p>　　劣質(zhì)水中的氮可以以各種形式沉淀在濕地基質(zhì)上，基質(zhì)從中起到了攔截過濾作用。同時(shí)，基質(zhì)可以直接吸附或通過離子交換固定氮。一般認(rèn)為，基質(zhì)對(duì)氮的吸附是短期的，最終基質(zhì)所吸收的銨

5、態(tài)氮也通過其它途徑轉(zhuǎn)化掉，從而去除濕地中的氮。 </p><p>　　1.3植物吸收作用 </p><p>　　廢水中氮按形態(tài)分為有機(jī)氮和無機(jī)氮。無機(jī)氮可作為植物生長(zhǎng)過程中不可缺少的物質(zhì)而直接被植物攝取[2]。有機(jī)氮?jiǎng)t通過植物將光合作用產(chǎn)生的氧氣從上部輸送到根部,在根區(qū)或根際形成一種好氧環(huán)境,促進(jìn)有機(jī)物質(zhì)的分解和硝化細(xì)菌的生長(zhǎng),從而達(dá)到去除有機(jī)氮和其他污染物的目的。中南林業(yè)科技大學(xué)研究黃花

6、美人蕉、姜草等七種植物對(duì)于氮、磷吸收的去除貢獻(xiàn)率普遍較低，大部分植物在2%-6%左右，而對(duì)植物的地上部分進(jìn)行收割后，濕地對(duì)氮的去除明顯下降。說明濕地植物對(duì)于氮的吸收只占脫氮的一小部分，因此一般不對(duì)植物進(jìn)行收割。 </p><p>　　1.4微生物硝化與反硝化作用 </p><p>　　在人工濕地中，通過微生物硝化與反硝化作用去除水中的氮，被認(rèn)為是人工濕地去除氮最主要的形式。 </p&

7、gt;<p>　　廢水進(jìn)入人工濕地中，通過進(jìn)水?dāng)y帶的溶解氧，大氣復(fù)氧和植物根系輸氧等形式在濕地床體內(nèi)形成好氧區(qū)域，此時(shí)污水中的氨氮通過硝化作用轉(zhuǎn)化為硝態(tài)氮，此后在水流行進(jìn)的路線上，氧氣逐漸被消耗，濕地床體內(nèi)形成缺氧或厭氧環(huán)境，硝化作用減弱，反硝化作用增強(qiáng)，最終以氣態(tài)形式排出濕地系統(tǒng),同時(shí)也作為植物的營(yíng)養(yǎng)成分被部分吸收[3]。濕地系統(tǒng)中需要硝化與反硝化速率相均衡，過高的硝化和反硝化都不利于氮素的去除。一般在潛流型人工濕地中，

8、主要是厭氧環(huán)境的，反硝化速率明顯高于硝化速率，硝化作用成為脫氮的限制步驟。因此，提高人工濕地的硝化能力是人工濕地脫氮的關(guān)鍵問題。 </p><p>　　2人工濕地脫氮效率因素分析 </p><p><b>　　2.1構(gòu)造形式 </b></p><p>　　人工濕地根據(jù)構(gòu)造可分為表面流人工濕地和潛流式人工濕地。表面流人工濕地，復(fù)氧能力差,且為微生

9、物生長(zhǎng)提供載體的基質(zhì)僅為表層部分污水。冬季溫度下降和濕地植物枯萎，會(huì)使脫氮能力下降。潛流式人工濕地可根據(jù)流向分為水平流與垂直流人工濕地[4]。潛流式人工濕地系統(tǒng)： 一方面可以很好的利用填料表面生長(zhǎng)的生物膜、豐富的植物根系及表層土和填料截留等作用，提高處理效果和處理能力；另一方面由于污水在濕地的地表下流動(dòng)保溫效果好、負(fù)荷高、處理效果受氣候影響小, 且衛(wèi)生條件好, 很少有惡臭和蚊蠅滋生的現(xiàn)象。中國(guó)環(huán)境科學(xué)院對(duì)垂直流、潛流和表面流人工濕地處理

10、富營(yíng)養(yǎng)化水體中試比較研究中，對(duì)總氮的平均去除率分別為52.3%，50.1%和19.2%，對(duì)氨氮的平均去除率分別為33.2%，27.4%和14.1%。潛流式人工濕地在處理效果和處理能力方面優(yōu)于表面流人工濕地，但是投資費(fèi)用較高。 </p><p><b>　　2.2水力負(fù)荷 </b></p><p>　　進(jìn)水水力負(fù)荷主要對(duì)于微生物的硝化與反硝化作用影響比較大。低負(fù)荷時(shí)，水

11、力停留時(shí)間長(zhǎng)，微生物有較長(zhǎng)的時(shí)間進(jìn)行硝化與反硝化作用，出水的脫氮效果穩(wěn)定；高負(fù)荷時(shí)，水力停留時(shí)間短，微生物的硝化與反硝化作用迅速，出水的脫氮效果出現(xiàn)較大的波動(dòng)。研究表明進(jìn)水水力負(fù)荷從0.5m3/(m2·d)到1.5 m3/(m2·d)，水力停留時(shí)間從16h縮短到4h，潛流式人工濕地氮的去除率從60%以上下降到10%以下，垂直流人工濕地氮的去除率從60%左右下降到20%以下，去除率平均下降了40%左右。復(fù)合垂直流人工濕

12、地中試系統(tǒng)中，進(jìn)水力負(fù)荷以800mm/d為宜，超過此水力負(fù)荷則系統(tǒng)凈化效果隨負(fù)荷增加而下降。說明不同水力負(fù)荷對(duì)人工濕地的去除效果影響很大。 </p><p><b>　　2.3酸堿度 </b></p><p>　　濕地系統(tǒng)中水體的pH值主要取決于濕地基質(zhì)以及劣質(zhì)水性質(zhì)。人工濕地構(gòu)建完畢后，運(yùn)行期間濕地的pH值變動(dòng)不大。一般人工濕地的pH值在7.5-8.0之間，比較有利

13、于硝化過程 [5]。但是，對(duì)人工濕地劣質(zhì)水進(jìn)行預(yù)處理后，系統(tǒng)中的pH值可能會(huì)較大地偏離這個(gè)范圍，同時(shí)，氨氮存在形式也發(fā)生了變化，硝化過程將會(huì)受到抑制，可對(duì)濕地填充特殊的基質(zhì)，例如：石灰石等，使?jié)竦氐膒H值升高，有利于硝化作用。Antoniou等認(rèn)為硝化作用的最佳pH值為7.0-8.2。其他的研究者則不同，Shammas認(rèn)為硝化過程理想的pH值范圍是8-9。目前，硝化過程中的最佳pH值尚無定論，還需進(jìn)一步的研究確定。 </p>

14、<p><b>　　2.4溶解氧 </b></p><p>　　一般人工濕地系統(tǒng)內(nèi)部溶解氧的來源為進(jìn)水?dāng)y帶、植物根系輸氧和表面大氣復(fù)氧。溶解氧在人工濕地中的分布，依次從表層，中層到底層逐漸減少，到達(dá)底層，濕地系統(tǒng)內(nèi)已是缺氧或厭氧環(huán)境。硝化細(xì)菌為好氧菌，溶解氧對(duì)于硝化細(xì)菌是重要的影響因素，潛流濕地內(nèi)較低的氧濃度會(huì)對(duì)硝化細(xì)菌有抑制作用。因此在人工濕地中，可以通過自然跌水的方式，對(duì)進(jìn)

15、水進(jìn)行復(fù)氧。 </p><p><b>　　2.5季節(jié)和溫度 </b></p><p>　　人工濕地脫氮受季節(jié)和溫度的影響較大。隨著季節(jié)的變化，溫度的升高或降低，濕地中脫氮的效果波動(dòng)較大。氮在夏季的去除效果最好，其次依次為秋季，春季和冬季。在冬季運(yùn)行中，可進(jìn)行地膜覆蓋措施，能使?jié)竦叵到y(tǒng)溫度提高2-6℃，可以提高氮的去除效果。 </p><p>

16、<b>　　3結(jié)語 </b></p><p>　　隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展與人口的增長(zhǎng),廢水的排放量不斷增加,人工濕地系統(tǒng)具有投資低,出水水質(zhì)好、抗沖擊力強(qiáng)、操作簡(jiǎn)單、維護(hù)和運(yùn)行費(fèi)用低廉等優(yōu)點(diǎn),還能改善和美化生態(tài)環(huán)境,是適合我國(guó)國(guó)情的實(shí)用污水處理新技術(shù)。雖然有許多成功的實(shí)踐應(yīng)用，但是人工濕地的處理機(jī)理尚不清楚，影響因素的研究還存在許多的分歧，需要進(jìn)一步的研究和不斷的試驗(yàn)。相信在未來，人工濕地處理水環(huán)境

17、污染會(huì)有更廣闊的應(yīng)用前景。 </p><p><b>　　參考文獻(xiàn) </b></p><p>　　[1] 張黎,王廷松.人工濕地對(duì)污水中氮磷的去除機(jī)理,中國(guó)環(huán)境科學(xué)學(xué)會(huì)學(xué)術(shù)年會(huì)優(yōu)秀論文集(2006),2006,2062-2065 </p><p>　　[2] 沈耀良，王寶貞.人工濕地系統(tǒng)的除污機(jī)理.江蘇環(huán)境科技,1997,(3):1-6. &l

18、t;/p><p>　　[3] 籍國(guó)東，孫鐵珩，李順.人工濕地及其在工業(yè)廢水處理中的應(yīng)用.應(yīng)用生態(tài)報(bào),2002,13(2):224-228. </p><p>　　[4] 沈耀良,王寶貞. 廢水生物處理新技術(shù)[M].北京:中國(guó)環(huán)境科學(xué)出版社,2001:263-291. </p><p>　　[5] 李榮林.人工濕地污水處理技術(shù).山西化工,2007,27(2):67-69.