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人工濕地脫氮效果的效應。為進一步研究提供了資料。 </p><p>　　關鍵詞人工濕地脫氮效率因素 </p><p>　　中圖分類號：X702 文獻標識碼：A </p><p>　　近年來，人工濕地

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

3、gt;<p>　　進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的吸附、過濾和沉淀而進行去除，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。但是，當人工濕地中填充的是石灰石等介質時，濕地系統(tǒng)中的pH值會很高，此時通過揮發(fā)損失的氨氮就需要考慮。 </p><p>　　1.2基質吸附過濾和沉淀作用 </p><p>　　劣質水中的氮可以以各種形式沉淀在濕地基質上，基質從中起到了攔截過濾作用。同時，基質可以直接吸附或通過離子交換固定氮。一般認為，基質對氮的吸附是短期的，最終基質所吸收的銨

5、態(tài)氮也通過其它途徑轉化掉，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)分為有機氮和無機氮。無機氮可作為植物生長過程中不可缺少的物質而直接被植物攝取[2]。有機氮則通過植物將光合作用產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,促進有機物質的分解和硝化細菌的生長,從而達到去除有機氮和其他污染物的目的。中南林業(yè)科技大學研究黃花

6、美人蕉、姜草等七種植物對于氮、磷吸收的去除貢獻率普遍較低，大部分植物在2%-6%左右，而對植物的地上部分進行收割后，濕地對氮的去除明顯下降。說明濕地植物對于氮的吸收只占脫氮的一小部分，因此一般不對植物進行收割。 </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，被認為是人工濕地去除氮最主要的形式。 </p&

7、gt;<p>　　廢水進入人工濕地中，通過進水攜帶的溶解氧，大氣復氧和植物根系輸氧等形式在濕地床體內形成好氧區(qū)域，此時污水中的氨氮通過硝化作用轉化為硝態(tài)氮，此后在水流行進的路線上，氧氣逐漸被消耗，濕地床體內形成缺氧或厭氧環(huán)境，硝化作用減弱，反硝化作用增強，最終以氣態(tài)形式排出濕地系統(tǒng),同時也作為植物的營養(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鍵問題。 </p><p>　　2人工濕地脫氮效率因素分析 </p><p><b>　　2.1構造形式 </b></p><p>　　人工濕地根據構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，復氧能力差,且為微生

9、物生長提供載體的基質僅為表層部分污水。冬季溫度下降和濕地植物枯萎，會使脫氮能力下降。潛流式人工濕地可根據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保溫效果好、負荷高、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。中國環(huán)境科學院對垂直流、潛流和表面流人工濕地處理

10、富營養(yǎng)化水體中試比較研究中，對總氮的平均去除率分別為52.3%，50.1%和19.2%，對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，但是投資費用較高。 </p><p><b>　　2.2水力負荷 </b></p><p>　　進水水力負荷主要對于微生物的硝化與反硝化作用影響比較大。低負荷時，水

11、力停留時間長，微生物有較長的時間進行硝化與反硝化作用，出水的脫氮效果穩(wěn)定；高負荷時，水力停留時間短，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。研究表明進水水力負荷從0.5m3/(m2·d)到1.5 m3/(m2·d)，水力停留時間從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。復合垂直流人工濕

12、地中試系統(tǒng)中，進水力負荷以800mm/d為宜，超過此水力負荷則系統(tǒng)凈化效果隨負荷增加而下降。說明不同水力負荷對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以及劣質水性質。人工濕地構建完畢后，運行期間濕地的pH值變動不大。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，對人工濕地劣質水進行預處理后，系統(tǒng)中的pH值可能會較大地偏離這個范圍，同時，氨氮存在形式也發(fā)生了變化，硝化過程將會受到抑制，可對濕地填充特殊的基質，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)內部溶解氧的來源為進水攜帶、植物根系輸氧和表面大氣復氧。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，到達底層，濕地系統(tǒng)內已是缺氧或厭氧環(huán)境。硝化細菌為好氧菌，溶解氧對于硝化細菌是重要的影響因素，潛流濕地內較低的氧濃度會對硝化細菌有抑制作用。因此在人工濕地中，可以通過自然跌水的方式，對進

15、水進行復氧。 </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。在冬季運行中，可進行地膜覆蓋措施，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結語 </b></p><p>　　隨著經濟的發(fā)展與人口的增長,廢水的排放量不斷增加,人工濕地系統(tǒng)具有投資低,出水水質好、抗沖擊力強、操作簡單、維護和運行費用低廉等優(yōu)點,還能改善和美化生態(tài)環(huán)境,是適合我國國情的實用污水處理新技術。雖然有許多成功的實踐應用，但是人工濕地的處理機理尚不清楚，影響因素的研究還存在許多的分歧，需要進一步的研究和不斷的試驗。相信在未來，人工濕地處理水環(huán)境

17、污染會有更廣闊的應用前景。 </p><p><b>　　參考文獻 </b></p><p>　　[1] 張黎,王廷松.人工濕地對污水中氮磷的去除機理,中國環(huán)境科學學會學術年會優(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)的除污機理.江蘇環(huán)境科技,1997,(3):1-6. &l

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