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曝氣對潛流人工濕地中木本植物的影響

作者:北京中天恒遠 發(fā)布于:2018-01-24 09:15:46瀏覽量:

  潛流型人工濕地作為人工濕地的一種類型,因其污水處理效率高,占地面積相對較少,因而在污水處理中得到了廣泛的應用[1],植物是潛流人工濕地的重要組成部分[2],目前濕地植物的研究主要主要集中在去污植物的篩選與組合配置、濕地植物的去污機理等方面,濕地植物品種主要包括為蘆葦(Phragmitesaustralis)、美人蕉(Cannaindica)、風車草(Cyperusalternifolius)、香蒲(Typhaangustifolia)、水蔥(Scirpusvalidus)、梭魚草(Pontederiacordata)等草本濕地植物類型[3,4],為了增加濕地植物的多樣性與冬季抗寒性,我們考慮擴大濕地植物的篩選范圍,增加木本植物,我們還發(fā)現(xiàn),木本植物部分品種更具有抗寒性,而且可以提高地上部分生物量、生物多樣性與景觀效果、增加立體空間[5,6]。

  為此,我們利用潛流人工濕地運行水位在表層基質(zhì)的20cm以下的特點,將木本植物引入潛流人工濕地中,前期研究發(fā)現(xiàn),少數(shù)木本植物經(jīng)過根系馴化誘導后可以適應潛流人工濕地環(huán)境[6,7],但是,大部分木本植物很難適應人工濕地水生缺氧的環(huán)境,生長受阻甚至導致死亡,因此,本研究擬在人工曝氣的條件下,將3種木本植物引入潛流人工濕地系統(tǒng),比較曝氣前后木本植物的潛流人工濕地系統(tǒng)對污水處理效果、植物的生物量與對TN、TP負荷減少的貢獻率、丙二醛和根系活力、根系類型、根際微生物與基質(zhì)酶活性的變化,旨在為木本植物在潛流人工濕地的應用提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)與技術(shù)支撐。

  1 材料與方法

  1.1 實驗系統(tǒng)

  系統(tǒng)由三級串聯(lián)的潛流人工濕地單元構(gòu)成(編號為A、B和C)。每級池體內(nèi)寬0.8m,長2m,深0.6m,底部填大粒徑石灰石,厚度20cm,中間填充15cm的蛭石,比較上層填20cm厚的河砂。在床體表層下20cm處添加了微曝氣裝置(ACQ-007型,比較大供氣量100L/min)(圖1),每天08:30—18:30曝氣10h,其余時間不曝氣。系統(tǒng)進水水質(zhì)為:COD64.58~207.09mg/L、NH+4 -N 33.31~49.91mg/L、TN37.5~55.64mg/L、TP2.93~3.17mg/L。A、B和C植物分布為花葉冬青(Ilexaquifolium)、月季(Rosachinensis)和八角金盤(Fatsiajaponica),每種植物種植10行,每行10株。平均每天進水量為1m3,未供氧前濕地系統(tǒng)連續(xù)運行60d,60d后啟動曝氣裝置,同樣運行60d。每6d取一次水樣測定,取水時間為每天曝氣停止的時間18:30。

  1.2 實驗方法

  1.2.1 水質(zhì)測定

  方法參照文獻[8]。

  1.2.2 植物生長量的測定

  每種植物在種前稱重,經(jīng)過12個月的生長以后再稱重,將待測樣品在80℃ 烘箱中烘至恒重后稱重,計算單株平均生長量。植物氮磷積累量的測定:將植物樣品用H2SO4-H2O2 消煮制備成溶液,總氮含量用過硫酸鉀氧化吸光光度法測定[9];總磷用釩鉬藍法測定[10]。

  

 

  1.2.3 植物吸收貢獻率測定

  單元氮磷去除量=(進水氮磷濃度-出水氮磷濃度)×均進水量。

  單位面積氮磷去除量=單元氮磷去除量/單元面積。

  植物氮磷吸收量=(整株植物全氮含量×總生物量增量)/種植面積。

  植物吸收貢獻率=(植物氮磷吸收量/單位面積氮磷去除量)×100%。

  植物單元生物量=濕地單元中植物莖葉生物量+濕地單元中根生物量。

  植物單元生物增量=曝氣后單元植物生長量-種植前單元植物生長量。

  1.2.4 根際微生物數(shù)量測定

  選取5點取樣法,在植物根系附近取基質(zhì),用MPN法分別測定其中硝化菌及反硝化菌的數(shù)量[11]。

  2 結(jié)果與討論

  2.1 曝氣前后系統(tǒng)對污水處理效果的比較

  2.1.1 曝氣前后COD去除率比較

  從曝氣前后系統(tǒng)對COD去除率(圖2)比較可以看出:在前期1個月內(nèi)曝氣前后的COD去除率差異不明顯,但去除率的比較高值曝氣后晚于曝氣前1周左右,運行1個月后,曝氣后的COD去除率明顯高于曝氣前。數(shù)據(jù)顯示曝氣前系統(tǒng)對COD去除率在48% ~73%之間,曝氣后系統(tǒng)對COD的去除率在56% ~80%之間,平均較曝氣前增加了6.99%,出現(xiàn)這種現(xiàn)象的原因可能是有機物的去除以兼性細菌和厭氧細菌的分解為主,而增加濕地含氧量,增大了濕地的有氧環(huán)境,有利于有機物的去除,曝氣后,改善了濕地環(huán)境中的含氧量保證了硝化作用的順利進行[12,13]。

 

  

 

  2.1.2 曝氣前后TN去除率比較從曝氣前后系統(tǒng)對TN去除率(圖3)可以看出:去除率均在45%以上,整個實驗期間,曝氣后的去除率都高于曝氣前,總體上,TN的去除率曝氣后>曝氣前平均增加了10.25%。有研究證明,人工潛流濕地去除TN主要通過硝化?反硝化、水生植物和濕地微生物吸收[14],曝氣增強濕地植物及其根際微生物吸收[15]可能是系統(tǒng)提高TN去除的重要原因。

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