人工濕地集成系統(tǒng)的構建及其水質凈化效果研究

人工濕地集成系統(tǒng)的構建及其水質凈化效果研究人工濕地(Constructedwetland)具備基建成本低,效益高等特點,同時兼?zhèn)浣?jīng)濟、社會和生態(tài)價值,是處理污水的理想途徑,近幾十年來成為研究熱點。人工濕地是對自然濕地結構和功能的模擬,其凈化機理是通過植物、基質和微生物之間的相互作用,經(jīng)物理、化學和生物過程實現(xiàn)對污染物的去除。目前廣泛用于生活污水、工業(yè)污水、水產(chǎn)養(yǎng)殖外排水與農(nóng)業(yè)點源污染和面源污染以及其他富營養(yǎng)化水體的治理。但是人工濕地在實際運行中存在許多問題,例如:占地面積大,長期運行穩(wěn)定性較差,有機物去除效率低以及易堵塞等。針對人工濕地運行中存在的問題,本文構建了人工濕地和人工濕地-生物濾池(Biologicalfilter)處理工藝,并對凈化養(yǎng)殖外排水效果進行了研究。以期充分結合利用兩者的優(yōu)點實現(xiàn)養(yǎng)殖外排水的高效凈化,為構建養(yǎng)殖外排水凈化理論提供一定的參考價值和技術支撐。主要結論如下:(1)以亞克力材料構建了由下向流池、上向流池、沉淀池等組成的復合垂直流人工濕地(Integratedvertical-flowconstructedwetland,IVCW),長、寬和高為100.00×60.00cm×100.00cm,對海水養(yǎng)殖外排水進行非連續(xù)進水凈化研究。結果表明IVCW對養(yǎng)殖外排水中的高錳酸鉀指數(shù)(CODMn)、氨氮(NH4+-N)、總氮(TN)和總磷(TP)去除效果良好。實驗期間出水的基本參數(shù)如下,溫度為(26.62±0.64)℃;溶氧為(5.79±0.28)mg/L,pH為7.67±0.05。對污染物的凈化效果如下,每日CODMn出水濃度為(3.7±0.8)mg/L,平均去除率為(70.54±7.8)%;磷酸鹽濃度出水濃度平均為(0.03±0.01)mg/L,平均去除率為(93.34±1.07)%。總磷平均濃度為(0.06±0.01)mg/L,平均去除率為(91.56±0.91)%。氨氮的平均去除率為(78.52±4.37)%,最高去除率為85.36%。總氮出水濃度最后穩(wěn)定在1.07mg/L上下,平均去除率為(47.24±4.33)%。其中CODMn符合《海水養(yǎng)殖水排放要求》(SC/T9103-2007)一級標準;pH和氨氮符合《漁業(yè)水質標準》(GB11607-89)和《海水養(yǎng)殖水排放要求》(SC/T9103-2007)一級標準。(2)為探究人工濕地-生物濾池組合工藝對循環(huán)水養(yǎng)殖中污染物的凈化作用,構建了復合式人工濕地系統(tǒng),系統(tǒng)由養(yǎng)殖池、生物濾池、貯水池、人工濕地和沉淀池等串聯(lián)而成。人工濕地和生物濾池內(nèi)部均為分段式設計。整套系統(tǒng)占地面積和體積分別為1.30m2和910.00L。人工濕地和生物濾池分別以珊瑚石、砂石和生化濾球、爆炸棉為填料。研究結果表明,復合人工濕地系統(tǒng)在循環(huán)水養(yǎng)殖中對CODMn、磷酸鹽、總磷、氨氮和總氮凈化效果良好,每日出水濃度穩(wěn)定。淡水系統(tǒng)每日出水CODMn為(3.2±0.8)mg/L;磷酸鹽變?yōu)?0.08±0.01)mg/L;TP平均為(0.10±0.01)mg/L;海水系統(tǒng)每日出水CODMn為(5.3±0.7)mg/L;磷酸鹽為(0.05±0.01)mg/L;TP為(0.07±0.01)mg/L。NH4+-N平均出水濃度為(0.04±0.02)mg/L,淡水和海水系統(tǒng)的TN平均出水濃度分別為(4.51±0.77)mg/L和(4.62±0.63)mg/L。pH,CODMn,P、TP、TN均符合《淡水池塘養(yǎng)殖水排放要求》(SC/T9101-2007)和《海水養(yǎng)殖水排放要求》(SC/T9103-2007);氨氮符合《漁業(yè)水質標準》(GB11607-89)。復合式人工濕地系統(tǒng)空間利用率低,有效面積和有效體積占較低,分別為43.85%和36.92%。系統(tǒng)管網(wǎng)過長導致污染物在水流管網(wǎng)內(nèi)壁堆積,影響流速,導致出水水質不穩(wěn)定。(3)為解決復合式人工濕地凈水系統(tǒng)運行中存在的問題,本實驗設計構建了集成式人工濕地系統(tǒng)中。處理單元小型化,直接并接省去了連接管路,有效面積比和有效體積比接近100.00%。人工濕地和生物濾池的填料種類及方式與復合式人工濕地系統(tǒng)相同,內(nèi)部采用分布式設計。研究結果表明,在實驗期間兩套系統(tǒng)對污染物的凈化能力較差,各個污染物濃度波動范圍較大。系統(tǒng)1每日出水CODMn為(6.2±1.2)mg/L;磷酸鹽為(0.06±0.02)mg/L;TP為(0.08±0.02)mg/L;系統(tǒng)2每日出水CODMn為(4.6±0.8)mg/L;磷酸鹽為(0.03±0.02)mg/L;TP為(0.05±0.02)mg/L。統(tǒng)1中NH4+-N平均濃度為(2.36±1.04)mg/L,TN平均濃度為(7.34±2.50)mg/