改性火山岩作人工湿地基质对N、P削减效果及其规律研究

发布时间：2020-05-27 19:46

【摘要】：人工湿地是指人为的构建工程,通过对天然湿地的结构与功能进行模拟,进一步放大湿地对水质净化的作用,通过设置不同的高度差与地形,构造与实际地形相协调的湿地植物系统。人工湿地通过种植相关对污水中污染物富集能力较强的植物类别,例如芦苇、菖蒲及美人蕉等水生植物,并控制污水在一定方向上的流动,在控制污水按一定方向流动的过程中,通过水生植物、土壤、基质及微生物的相互关联,物理、化学及生物三方面的协同作用,使污水水质得到提升与净化。本研究拟采用改性火山岩材料作为表面流湿地基质,对火山岩进行磁化及碳化改性,并与普通未改性火山岩进行比较分析,对改性火山岩作湿地基质对人工湿地生态系统进行试验研究。(1)对火山岩进行改性试验,主要包括磁化与碳化改性。本实验采用共沉淀法对火山岩进行表面改性,传统的共沉淀法是将Fe~(2+)和Fe~(3+)混合溶液在温度为70℃、pH为11的条件下反应生成Fe_3O_4悬浮液,将火山岩置于溶液中充分混合后,取出冲洗至表面呈中性,放入烘箱中105℃下干燥3 h。进一步选作为人工湿地基质进行相关试验研究。(2)以常规火山岩、磁化火山岩及碳化火山岩作为湿地基质,进行湿地挂膜试验,通过测试藻生物膜的相关性指标,包括藻生物膜的EPS及DHA等指标,比较出三种湿地基质材料对湿地藻生物膜表面微生物活性及胞外分泌物影响较优的组别,并考察三种湿地基质的相关物理指标,包括基质比表面积、孔隙度及容水率等指标。分析结果表明碳化火山岩对湿地藻生物膜的作用效果稍优于其他两个试验组别。(3)不同运行条件下对污水中N、P等污染物的削减效果试验:通过模拟运行人工湿地单元,利用三种不同湿地火山岩材料作为基质,在不同的水力条件及水深条件下,考察基质对湿地藻生物膜的生长影响,并分析进水水质中NH4+-N、TP、TN及COD_(Mn)及的变化情况。试验结果表明:在使用不同性质火山岩作为人工湿地基质填料时,在水力负荷0.10m/d,三个试验组别的NH4+-N、TP、TN及COD_(Mn)的平均去除率分别为28.17%、38.20%、26.36%和24.89%。分析结果表明:一级动力学方程、双常数方程及Elovich方程三种方程式均能很好的描述三种火山岩基质在不同浓度磷溶液中对磷的吸附状况,其中Elovich方程可以更好的描述火山岩对磷的吸附过程,相关性系数达0.95以上。(4)研究三种不同的湿地基质在不同的水力条件下对湿地生态系统的影响:通过测定湿地模拟系统中水生植物的叶绿素指标、过氧化氢酶(CAT)指标及过氧化物酶(POD)指标,考察不同基质在不同湿地运行条件下对湿地水生植物的影响。试验结果表明:以磁化火山岩材料作为湿地基质,在水力负荷为0.25m/d,水深25cm的运行条件下,对湿地水生植物生长表现出一定的胁迫作用。通过观察不同运行条件下湿地模拟装置中附着藻类及浮游藻类的生长状况,结果表明:在使用三种不同的火山岩材料作为基质,湿地模拟装置中附着藻类及浮游藻类丰富度无明显变化,在不同运行条件中,藻类的数目含量有轻微波动。对湿地底栖动物种类及数目无明显影响。
【图文】：

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1.2 研究现状1.2.1 表面流人工湿地的研究表面流人工湿地是人工打造的最接近自然湿地的湿地形式[18]，主要由带孔补水管、集水槽、植物洼地及隔水层组合而成，，污水从湿地表面缓慢流过，污水中的污染物，例如总氮、总磷、氨氮及 CODMn等通过基质-植物-微生物的联合作用去除[19]，表面流人工湿地的基质类型主要包括火山岩、钢渣等吸附性较好的材料[20]。表面流人工湿地的植物主要是芦苇、黄菖蒲、美人蕉等既具有观赏性，由具有对水体污染物有良好净化效果的水生植物[21]。表面流人工湿地的基质对污水的净化作用主要通过物理、生物及化学三重作用，具体上包括过滤、吸附、离子交换、植物吸收及微生物分解等作用[22]，达到对水体污染物的净化。与此同时，污水中所含的大量氮磷元素可以对人工湿地植物的生长提供良好的营养物质，促进其生长[23]。

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【学位授予单位】：苏州科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：X703

【参考文献】