生态渠(挺水+沉水)种植再力花和马来眼子菜脱氮除磷
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生态渠(挺水+沉水)种植再力花和马来眼子菜脱氮除磷

来源: http://www.huiguo.net.cn/    发表日期:2015-08-19    浏览:2524

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随着农村经济发展和农民生活水平提高,农村生活污水对环境和人体健康构成的威胁日益显著。对农村生活污水进行有效收集和治理是世界性难题,也是发展中国家共同面临的挑战气原因在于农村地区人口分散,污水收集不易,适用于城镇的集中式污水处理设施不适于农村地区气研究和实践经验表明,农村生活污水适合采用设计简单、操作方便、处理效率高、污泥产生量小、维护成本低的处理方法。已有采用人工湿地、土地渗滤、蚯蚓生态滤池、氧化塘和A/0技术现场处理农村生活污水的报道,但这些技术都存在局限性。人工湿地、土地渗滤和氧化塘受限于当地自然地理条件;蚯蚓生态滤池对温度、湿度和滤料的要求较高,且不能承受较大的水力负荷和有机负荷。因此,有必要探索适应性更强、更易普及的农村生活污水处理技术。生态沟渠又叫农田沟渠生态系统,可由村边、田间广布的沟渠改造而成,该技术见效快、易推广,不但可减小污水收集难度,而且建造和处理效果受自然地理条件影响小。生态沟渠通过土壤吸附、植物吸收、生物降解作用不但可以去除氮磷,还可有效去除残留的杀虫剂。研究表明,氮磷的去除效果受沟渠布置方式和植物组成的影响此外盐度对沟渠处理能力的影响也不可忽视。现有的研究集中在采用生态沟渠去除农田径流污染物,但对采用该技术治理农村生活污水的研究则较少。对生态沟渠处理农村生活污水的研究也仅集中在污染物去除机理、沟渠构建、植物筛选等方面,而在沟渠植物搭配方式、生物量对污染物去除效果的影响方面还没有开展深入研究。本研究优化了不同植物搭配方式下的水力停留时间,并探索了不同植物搭配方式下的生物量变化情况及其对农村生活污水脱氮除磷效果的影响。不但填补了前人研究工作的不足,而且有助于将见效快、易推广的生态沟渠技术应用至农村生活污水治理领域,有效减小污水收集、自然地理条件对农村生活污水治理造成的困难,提高农村生活污水治理率。

1 材料与方法

1.1 试验装置

生态沟渠采用梯形断面。沟渠上口宽1.6m,下口宽1.0m,渠深0.7m,有效深度0.5m,渠长80m。两侧渠壁采用泥土沟壁,可附生植物。渠底铺设沸石填料,厚度10〜15cm,种植挺水植物再力花和沉水植物马来眼子菜。

1.2 污水来源和水质

试验场地为深圳郊区某村,实验以当地农村生活污水为处理对象,生态沟渠渠内水深0.5m,污水流量为10.4〜13.0m3/d,进水水质监测结果如表1。



1.3 水质指标和测试方法

试验监测指标主要为TN、TP和生物量,TN采用过硫酸钾氧化-紫外分光光度法测定,TP采用钼锑抗法测定。生物量取样和测量方法:挺水种植模式的沟渠内,每次在沟渠前、中、后各采集1丛再力花的根系和茎叶;挺水+沉水种植模式的沟渠内,每次在沟渠前、中、后各采集1丛再力花和1棵马来眼子菜的根系和茎叶。将样品分别置于纱网中,用清水缓慢清洗,放在自然通风处风干,然后烘干(105°C烘8h),称干重。

2 结果与分析

2.1 再力花与马来眼子菜生物量间的关系

为了设置不同种植模式,对当地野生的再力花和马来眼子菜进行初步研究。同时选取不同生长期的样品各3个,清洗、风干、烘干后称干重,测定结果如表2。数据显示,1丛再力花的生物量约相当于3颗马来眼子菜的生物量。依此设置2种种植模式,设置方式如下:建造同样规格的2条沟渠,1条沟渠采用挺水植物种植模式,种植密度为3丛再力花/m2,另1条沟渠采用挺水+沉水植物的种植模式,种植密度为(1丛再力花+6颗马来眼子菜)/m2。

2.2 水力停留时间与污水净化的关系

如图1所示,2种模式下的TN去除率均随的延长而增加,当HRT<=5d时,TN去除率上升较快,继续延长去除率上升放缓。挺水+沉水模式下,当HRT为5d时,TN去除率为60.2%,出水TN浓度为14.6mg/L,达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB 18918-2002 —级A标准。挺水模式下,当为5d时,TN去除率为56.4%,出水TN浓度为15.9mg/L,达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》 (GB 18918-2000 —级B标准,完全满足并超过地表水IV、V类功能水域、非重点控制流域或非水源保护区建制镇的水污染控制要求。

HRT存在优化的区间范围,在该范围内越长,植物吸收氮素的量越多,微生物硝化与反硝化进行得越彻底,基质吸附效果越好,TN去除率不断升高。但是,并非HRT越长越有利于系统脱氮,因为基质吸附作用将受到更多因素的制约,而且碳源的减少也使反硝化作用减弱,因此当HRT>5d时,TN去除率增速放缓。

如图2所示,2种模式下的TP去除率均随的延长而增加,当d时,TP去除率上升较快,继续延长去除率增速放缓。挺水+沉水模式下,当为4d时,TP去除率为74.3%,出水TP浓度为1.5mg/L,达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB 18918-2002二级标准。挺水模式下,当HRT为4d时,TP去除率为68.3%,出水TP浓度为1.85mg/L,达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB 18918-2000二级标准,满足非重点控制流域或非水源保护区建制镇的水污染控制要求。随着延长,处理系统中的植物摄取、微生物同化作用效果越发明显,但是过长,植物和微生物生长所需的其他微量元素和营养成分供给将得不到保障,同时,含磷物质在填料上的吸附沉降效果也将随着作用时间的延长而减弱。上述因素共同导致当超过某值时,tp去除率增速放缓。

2.3 生物量变化对水处理效果的影响

如图3所示,2种模式对应的生物量增速在后期均放缓,挺水+沉水模式的放缓时间早于挺水模式,后期挺水模式对应的生物量多于挺水+沉水模式对应的生物量。之所以出现这种现象,是因为前期挺水+沉水模式充分利用了渠底空间,植物数量的优势得以充分体现,导致生物量增速快于挺水模式;后期沉水植物在生长空间和营养成分等方面与挺水植物竞争,导致挺水和沉水植物均未充分生长,二者生物量的总和也少于同期挺水模式的生物量。

图3和表3显示,TN去除率随着生物量增长而增大,呈现出良好的一致性;挺水+沉水模式的TN去除效果优于挺水模式。7月之前,2种模式下的基质吸 效果相近;挺水+沉水模式的生物量较大,植物生长吸收的氮素相对较多;挺水+沉水模式的根系生物量较大,对应的根系空间也较大,能容纳更多的硝化反硝化菌,脱氮效果更好。7月之后,挺水模式的生物量虽然较大,但根系生物量小于挺水+沉水模式,可能是由于生物吸收对脱氮效果的影响小于硝化反硝化作用效果,因此,后期挺水+沉水模式的脱氮效果优于挺水模式。

如图3所示,随着生物量增多,2种模式对应的TP去除率均小幅增加,挺水+沉水模式的TP去除效果优于挺水模式。挺水+沉水模式对应的TP去除率维持在67.6%〜78.0%,挺水模式对应的TP去除率维持在64.8%〜72.8%。这是由于TP的去除主要依靠基质吸附和植物吸收作用,2种模式下基质吸附条件无明显差别,但挺水+沉水模式的根系生物量较多,植物根系的生长需要较多的磷元素,因而该模式的TP去除效果较好。

3 结论

(1)存在优化区间(TN为0〜5d,TP为0〜4d),优化区间内TN和TP去除率随延长而增加较快。当为5d时,TN指标达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB 1998-2003)—级A标准,当为4d时,TP指标达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB 1998-2000)二级标准。建议控制为5d,使脱氮除磷效果总体优化,出水满足地表 水IV、V类功能水域、非重点控制流域或非水源保护区建制镇的水污染控制要求。

(2)生物量变化对脱氮效果的影响比对除磷效果的影响大,随着生物量增多,TN去除率升高,呈现出良好的一致性,但TP去除率升幅较小;此外,在生物量相差不大的情况下,挺水+沉水种植模式的脱氮除磷效果优于挺水种植模式。

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