经济型花卉人工湿地对农村生活污水氮磷去除特性的研究

发布时间：2020-04-11 12:29

【摘要】：人工湿地在脱氮除磷方面具有投资和运行成本低、管理简单等特点,在国内外农村生活污水处理工程中广泛运用。传统的人工湿地多种植大型水生植物,虽然去污效果良好,但经济与观赏价值有限;在湿地中种植蔬菜可以带来经济效益但某些场合存在食品安全问题。因此,研究筛选出具有生态、景观、经济等多重效益的湿地植物在生态工程中有重要意义。本文选取绿萝、白掌等经济型花卉,构建植物滤床-水平潜流湿地组合系统,探索经济型花卉对农村生活污水中氮磷的去除特性,得出结论如下:(1)绿萝、白掌等8种经济型花卉对氮素的吸收动力学实验表明,不同花卉对硝氮和氨氮吸收动力学特性有较大差异:绿萝、白掌、观音竹和发财树4种花卉对硝氮和氨氮具有较大的亲和力或吸收速率,选为中试试验植物;而龟背竹、栀子花、红掌和吊兰由于较低的亲和力或吸收速率不建议作为湿地植物。基质对氮磷的静态吸附实验表明,大砾石、小砾石和陶粒对氮磷均有一定的吸附效果,陶粒对氮磷的吸附率最高,其次是大砾石、小砾石与陶粒的组合配置;考虑到砾石的经济性和适于植物生长的特性,选取组合配置作为中试实验的湿地填料。(2)6种组合系统(绿萝-绿萝、绿萝-白掌、绿萝-观音竹、绿萝-发财树、白掌-观音竹和白掌-发财树)对氮磷的去除效果随季节变化显著:在水力负荷为0.133 m~3/(m~2·d)的条件下,组合系统对氨氮的去除率范围32.23%~60.81%,氨氮出水在6~12月份均可达标一级B,其中,绿萝-观音竹、绿萝-绿萝、绿萝-白掌、白掌-观音竹在7~9月出水达标一级A。对TN的去除率为16.8%~49.17%,出水浓度为10.76 mg/L~19.85 mg/L,夏秋季出水均达标一级A,冬春季出水可达标一级B。夏秋季TP平均去除率约为68.99%,出水均达一级B标准,其中,绿萝-绿萝、绿萝-观音竹在7~9月份出水达标一级A;而在冬春季,TP平均去除率降至49.86%。(3)水力负荷对氮磷的去除效果影响较为显著:从0.4 m~3/(m~2·d)减小到0.08 m~3/(m~2·d),组合系统对氮磷的去除率明显提高,推荐最佳水力负荷为0.133m~3/(m~2·d)。总体上氮磷的去除率随水深的增加而提高:植物的种间差异在氨氮与总氮的去除率上表现较为明显,而总磷的去除率种间差异不大;绿萝和观音竹、白掌和发财树最适宜的水深分别是0.45m和0.4m。氨氮、总氮与总磷在沿程上均沿程降低:在滤床端,氨氮与总氮的最大去除量均出现在前端,总磷均匀减少;在湿地端,氨氮与总磷在1/3处去除率最大,总氮在后1/3处去除率下降明显。在垂直方向上,氨氮和总磷浓度分层明显;而总氮浓度在垂直方向上差异不显著。(4)绿萝、白掌、观音竹和发财树4种花卉夏秋季在滤床和湿地中长势良好且极具观赏型,但冬春季生长情况不佳。4种花卉生物量大小比较为:观音竹绿萝发财树≈白掌,与相应的水质净化效果较为一致。6种组合系统中花卉对总氮和总磷去除的贡献率范围分别为8.9%~20.8%和14.2%~31.5%,去除贡献率最高的分别是绿萝-绿萝和绿萝-观音竹组合系统。以夏秋季种植绿萝、冬春季种植白掌为例估算经济效益,扣除湿地基建、维护和材料成本,收益为48333元/亩。根据研究结果得出,所选4种经济型花卉对水生环境有很好的适应性,对生活污水的氮磷吸收效果较好,可以作为人工湿地选种,给污水处理带来可观的景观效益和经济价值。但所选品种耐寒能力相对较差,冬季生态系统需增强保温效果,或筛选其他耐寒品种。
【图文】：

根系生长,情况,水培,根部

（a）水培第 1 天（b）水培第 3 天（c）水培第 14 天图 3- 1 观音竹的根系生长情况Fig.3- 1 Root growth of Bambusa multiplex（2）实验方法采用耗竭法[87]研究植物对氮素吸收的动力学特性。分别配制 20mg·L-1NO-N-3（硝酸钾配制）和 15mg·L-1NHN4 （碳酸氢铵配制）的营养液，，将经过饥饿处理的供试植物移入装有 1L 营养液的 2L 玻璃杯中，用黑色卡纸将根部遮光以防止藻类生长，并对每种植物设置3 组重复。实验在相对湿度 75%、光照强度 3000lx，温度为 20℃的人工气候培养箱中进行。分别在 0、0.5、1、2、3、4、6、8 和 10h 时取样 2mL，并测定吸收液的单离子浓度，取样后补充 2mL 去离子水。吸收实验结束后立即取出植株，剪下根部并用去离子水清洗干净，放入烘箱中烘至恒重并称量根部干重。（3）离子吸收动力学参数的求算根据吸收液离子浓度Y 与吸收时间 X 绘制离子消耗曲线，曲线拟合常用一元二次方程：2Y a bX cX（1）
【学位授予单位】：东南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：X799.3

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