冬季不同植物、基質(zhì)人工濕地脫氮效果對比研究

陳鳴　朱小曼　徐慧

摘要：選擇4種不同濕地植物和3種不同濕地基質(zhì)，并通過試驗(yàn)，對比研究了冬季低溫條件下，不同植物、不同基質(zhì)人工濕地脫氮效果存在的差異。

關(guān)鍵詞：人工濕地;冬季;脫氮

中圖分類號(hào)：X703 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-9944（ 2020）2-015002

1 引言

人工濕地已成為了全球性的水污染控制工藝——無論發(fā)達(dá)國家、還是發(fā)展中國家[1]。隨著人工濕地應(yīng)用領(lǐng)域的不斷擴(kuò)大，人工濕地逐漸引起人們的廣泛關(guān)注[2]。近年來國內(nèi)外學(xué)者開始關(guān)注人工濕地在冬季低溫條件下的運(yùn)行效果[3]。本文針對冬季人工濕地含氮污染物去除效果較差的問題，選擇了不同濕地植物和不同濕地基質(zhì)進(jìn)行了試驗(yàn)對比研究。

2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)選擇水平潛流人工濕地，連續(xù)進(jìn)水。試驗(yàn)人工濕地裝置尺寸為1.6 m×0.6 m×0.9 m，濕地底面坡度為1%，分為布水區(qū)、反應(yīng)區(qū)和集水區(qū)。濕地一端連續(xù)進(jìn)水，布水區(qū)、集水區(qū)采用穿孔板，使得進(jìn)出水更加均勻。試驗(yàn)人工濕地裝置見圖1。試驗(yàn)進(jìn)水水質(zhì)見表1。

3 實(shí)驗(yàn)過程

設(shè)計(jì)了兩組實(shí)驗(yàn)，分別對不同濕地植物和不同濕地基質(zhì)進(jìn)行對比研究。

3.1 濕地植物比選

有研究表明，人工濕地系統(tǒng)對污水中氮的去除主要通過基質(zhì)的吸附、過濾、沉淀以及氨的揮發(fā)，植物的吸收和微生物硝化、反硝化作用等方式進(jìn)行[4]。濕地植物可以把污水中的氮素作為營養(yǎng)物質(zhì)直接吸收和利用。試驗(yàn)選取了四種具有代表性的濕地植物：西伯利亞鳶尾、香蒲、麥冬和美人蕉，試驗(yàn)溫度為3～15℃，停留時(shí)間為3～5 d，持續(xù)周期45 d，結(jié)果如圖2、3所示。

由圖2可以看出，4種不同植物的NH4+ -N去除率存在一定的差異，其中西伯利亞鳶尾濕地NHT -N去除率優(yōu)勢較為明顯，麥冬濕地NH4+ -N平均去除率相對較低;由圖3可以看出，4種不同的植物TN去除率總體相差不大。

在冬季低溫條件下，4種植物中西伯利亞鳶尾耐寒性較好，冬季不會(huì)枯死，其他3種植物均不同程度的枯基金項(xiàng)目：南京市2016年度環(huán)?？蒲姓n題（編號(hào)：201609）死，植物生長營養(yǎng)物質(zhì)需求大大降低，同時(shí)枯死的植物重新向濕地釋放有機(jī)質(zhì)，從而影響濕地冬季的脫氮效果。

3.2 濕地基質(zhì)比選

人工濕地中基質(zhì)介質(zhì)也可以通過吸收、吸附、離子交換及過濾等方式對污水中氮的去除起到一定作用[5]。李旭東等人的研究認(rèn)為，沸石針對銨態(tài)氮具有較強(qiáng)的選擇吸附性，對污水中的氨氮具有快速截留的作用[6]。本試驗(yàn)選取了3種典型濕地基質(zhì)：沸石、爐渣和礫石，在進(jìn)水穩(wěn)定條件下比較3種濕地基質(zhì)的脫氮效果，試驗(yàn)溫度為3～15℃，停留時(shí)間為3～5 d，持續(xù)周期49 d，濕地植物采用西伯利亞鳶尾，試驗(yàn)結(jié)果如圖4、5所示。

由圖4可以看出，沸石的NH4+ -N去除率明顯高于其他兩種濕地基質(zhì)，平均去除率達(dá)到了39. 7%，爐渣的NH4 -N去除率次之，平均去除率約為14. 6%，礫石的NH4 -N效果最差，平均去除率約為7.7%。由圖5可以看出，3種基質(zhì)對TN的去除能力同樣存在差異，沸石基質(zhì)對TN的去除率最高，平均去除率為36. 6%;爐渣基質(zhì)和礫石基質(zhì)對TN的去除率較低，平均去除率為7.6%～8.5%。

在冬季低溫條件下，不同的濕地基質(zhì)脫氮能力存在較明顯的差異。沸石基質(zhì)對NH4+-N、TN的凈化效果遠(yuǎn)優(yōu)于爐渣基質(zhì)和礫石基質(zhì)。

4 結(jié)語

（1）在冬季低溫條件下，選擇的4種不同植物濕地中，總體而言，西伯利亞鳶尾濕地脫氮效果最優(yōu)，同時(shí)具有耐寒的特性。冬季保障人工濕地脫氮效果時(shí)，應(yīng)選擇低溫耐寒植物，同時(shí)還應(yīng)注意選擇根系發(fā)達(dá)和生物量大的植物。

（2）在冬季低溫條件下，不同基質(zhì)類型對濕地脫氮效果存在顯著差異。沸石基質(zhì)濕地脫氮效果明顯優(yōu)于爐渣基質(zhì)濕和礫石基質(zhì)濕地。

參考文獻(xiàn)：

[1]IWA Scientific and Technical Report No.8[C]∥ConstructedWetlands for Pollution Control - Processes， Performance， Designand Operation. By IWA Specialist Group Use of Macrophytes inWater Pollution Control， 2000.

[2]項(xiàng)學(xué)敏，楊洪濤，周集體，等.人工濕地對城市生活污水的深度凈化效果研究：冬季和夏季對比[J].環(huán)境科學(xué)，2009（3）：713-719.

[3]黃娟，楊思思，郭楊，等.強(qiáng)化供氧對低溫域人工濕地脫氮及微環(huán)境的影響[J].東南大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2013，43（5）.

[4]賀峰，吳振斌.陶菁，等，復(fù)合垂直流人工濕地污水處理系統(tǒng)硝化與反硝化作用[J].環(huán)境科學(xué)，2005，26（1）：47-50.

[5]何小娟，李旭東，沸石潛流人工濕地去除氨氮的運(yùn)行模式研究[J].化工環(huán)保，2004（S1）：70-72.

[6]李旭東，周琪，張榮社，等.三種人工濕地脫氮除磷效果比較研究[J].地學(xué)前緣，2005，12（特刊），73-76.

作者簡介：陳鳴（1981-），女，高級工程師，主要從事環(huán)?？蒲信c環(huán)境管理工作。