间歇曝气人工水平潜流湿地脱氮除磷效果及氧化亚氮释放研究

摘要

水体污染和水生态破坏等水环境问题是影响人民生产生活和经济发展的重大问题，水平潜流人工湿地作为一种新型的污水处理技术可以经济有效地去除污水中的污染物质，修复受破坏的水生态环境。本研究以水平潜流湿地为研究对象，研究在间歇曝气情况下，潜流人工湿地的氮磷去除效果及水力负荷、湿地运行水位、污染负荷等对去除效果的影响，通过改变曝气时间、曝气强度、曝气方式等条件研究去除效果与内部溶解氧的关系，并研究间歇曝气条件下和常规条件下人工潜流湿地的N2O释放通量，以期为人工湿地的温室气体释放提供基础数据。主要研究内容与结果如下:
　　 (1)研究结果表明，间歇曝气人工湿地的污染物去除率要明显高于常规人工湿地，其COD、氨氮、总氮和总磷的平均去除率分别为87.37％、81.38％、73.57％和62.58％，分别是常规人工湿地相应去除率的1.17、2.17、2.45、1.9倍，间歇曝气大大提高了污染物的去除效率;对影响人工湿地净化效果的因素进行了研究，发现水力负荷、污染负荷、湿地运行水位都对人工湿地的污染物去除率和出水水质有一定影响，经验证，间歇曝气人工湿地的最适水力负荷为10cm/d，运行水位为60cm时污染物去除效果最优。
　　 (2)通过改变曝气时的曝气强度，研究曝气气水比在2、4、6、8、10、12、15时人工水平潜流湿地污染物的去除情况，发现在一定范围内气水比的增加会提高污染物的去除率，但超过一定范围气水比的增加不再明显提高去除效果，从去除效率和经济性方面考虑，曝气气水比维持在10较为合适。研究了总曝气时间为4h、6h、8h、12h时对污染物去除效果的影响，发现总曝气时间为8h时对人工湿地的运行较为有利。对间歇曝气湿地和连续曝气湿地的污染物去除效果进行了比较，发现连续曝气湿地COD、氨氮的去除率稍高于间歇曝气湿地，但总氮去除率却稍低于间歇曝气湿地，总磷的去除率二者没有明显的差别。
　　 (3)间歇曝气人工潜流湿地和常规人工潜流湿地都表现出较明显的N2O释放通量，但间歇曝气人工湿地的N2O释放通量明显高于常规潜流湿地，间歇曝气人工湿地的N2O平均释放量为641μg/(m2·h)，常规人工湿地的N2O平均释放量为443μg/(m2.h)。二者的N2O释放通量也表现出较为明显的季节变化，夏季释放通量较高，春秋季节释放通量较低。间歇曝气潜流人工潜流湿地和常规人工潜流湿地N2O释放通量的日变化较为明显，变化范围分别为334.7μg/(m2.h)-1014.2μg/(m2·h)和218.4μg/(m2·h)-784.6μg/(m2·h)，中午的释放通量明显高于早晨和夜晚。人工湿地N2O释放通量的沿程变化也比较明显，前段的N2O释放通量要高于中段和后端N2O释放通量，前段有机物、氨氮和溶解氧相对充足促进了硝化和反硝化反应是其主要原因。