人工湿地中基质的作用

2023-01-06

本文主要是 人工湿地中基质的作用 相关的知识问答，如果你也了解，请帮忙补充。

人工湿地的基本组成包括基质,植物和微生物,其中基质又称基质滤料,主要包括土壤,砂土,砾石等.基质是湿地植物和微生物赖以生存的基础,这些基质一方面为微生物的生长提供稳定的依附表面,同时也为水生植物提供了载体和营养。

吸附沉淀作用
加入系统中的磷主要存留在土壤中,土壤颗粒对磷酸盐的吸收是一个重要的转换过程,对磷的去除途径研究发现,基质吸附与沉淀作用去除的总磷量高达系统投配总磷量的80%以上,是除磷的主要途径.基质对磷的吸附能力取决于两个因素;吸附位(正比于介质颗粒的表面积)和pH值.含大量钙的碱性基质的湿地以及含高浓度铝和铁的酸性基质的湿地对磷的吸附能力最强,磷通过与这些金属反应而沉淀下来.例如在高pH值下,钙与溶解性磷发生反应生成磷酸钙而从溶液中析出.磷的吸附能力还与水力传导率和表面积有关.欲获得大的水力传导率,需避免发生堵塞,因为堵塞将导致介质表面积缩小,进而磷吸收能力下降.例如作为湿地基质的土壤可以去除98%的磷,但由于水力传导率低而易于堵塞.砂石水力传导率较大,但对磷的取出能力很低,低至20%,而富铁砾石除磷高达90%.

对植物的影响
湿地植物是湿地系统中的重要组分,在污水净化过程中发挥了很重要的作用.湿地植物可分为浮生植物,挺水植物和沉水植物.湿地植物的重要功能就是将氧气从上部输送至根部,促进有机物的分解和硝化细菌的生长,达到去除污水中氮及其他污染物的目的;同时还能促进悬浮物的沉淀.植物可以直接吸收污水中的溶解性的磷,通过植物的定期收割从湿地系统中去除,有研究表明,植物的吸收作用对磷的最大去除量约为9.1%.

人工湿地中基质的种类,理化性质及其配置影响人工湿地中植物的生长(蒸散量,生物量,根密度和根长),进而影响人工湿地的净化能力的.基质的理化性质影响了植物的生长,同时也影响了植物根际的微生物活性,最终影响人工湿地的净化能力.人工湿地不同基质理化性质差异比较，如以pH值为例,红砂土的pH为4.4,炉渣的pH为12.3,而不同的植物生长的最适pH不同,为此,应根据基质的pH而配置不同的植物.另外,基质的理化性质如含盐量对植物的生长影响也比较大,如对一些含盐比较高的土壤作为人工湿地基质,或在盐碱地建立人工湿地时,应选用一些抗盐性比较强的植物如盐角草等.除此之外,还应根据不同的人工湿地类型而配置植物.对于表面流人工湿地可配置沉水植物,浮叶植物和漂浮植物以及挺水植物,而对潜流和垂直流人工湿地可配置湿生植物和挺水植物.

对微生物的作用
人工湿地是通过植物一土壤一微生物的总和作用实现对污染物的去除,其中微生物是对污染物进行吸附和降解的主要生物群体和承担者,加强对基质表面微生物的研究,了解它们在湿地基质中的状况,对于理解人工湿地去除污染物机理具有重要的意义.物质,并为湿地中大部分的物理,化学和生物反应提供反应界面. 参考知识1 人工湿地系统是一个完整的生态系统。它形成了内部的良好循环并具有较好的经济效益和生态效益,是正在不断得到研究应用和发展的污水处理实用新技术,具有投资低,出水水质好、抗冲击力强、增加绿地面积、改善和美化生态环境、操作简单、维护和运行费用低廉等优点,即：高效，经济，美观，生态。

物理沉积

污水进入湿地，经过基质层及密集的植物的茎叶和根系，使污水中的悬浮物固体得到过滤，并沉积在基质层中。

化学反应

污水中许多污染物可以通过化学沉淀、吸附、离子交换等化学化应过程得以去除。化学反应是否显著取决于基质的化学成分。例如．含CaC03较多的石灰石有助于磷的去除；含有机物丰富的土壤有助于吸附各种污染物。

生化反应

生化反应是去除有机污物的主要作用。根据J977年德国学者Kickuth R．根区法理论，生长在湿地中的挺水植物通过叶吸收和茎杆的运输作用，将空气中的氧转运到根部，再经过植物的根部表面组织扩散，在根须周围形成好氧区，这样在植物根颁周啊就会有大量好氧微生物将有机物分懈 在根须较少和达到的地方将形成兼性区和厌氧区：发生兼性微生物和厌氧微生物降解有机物的作用 由于这种基质中好氧区和厌氧区的同时存在，十分利于硝化和反硝化反应的进行面达到除氮效果。人工湿地净化污水的原理正是物理沉积、化学反应和生化反应的综合作用，植物好像是廉价而又精妙的曝气机。

人工湿地处理污水系统包括前处理和人工湿地两个部分。前处理部分包括：格栅、沉砂池、沉淀池、兼性塘等。人工湿地则由许多长满植物的碎石床并联和串联组成．根据水流形态人工湿地叉分表面流式和潜流式。根据原水水质的污染物去除要求．使设计工艺达到最佳效果。 参考知识B 生长在湿地中的挺水植物通过叶吸收和茎杆的运输作用，将空气中的氧转运到根部，再经过植物的根部表面组织扩散，在根须周围形成好氧区，这样在植物根颁周啊就会有大量好氧微生物将有机物分懈 在根须较少和达到的地方将形成兼性区和厌氧区：发生兼性微生物和厌氧微生物降解有机物的作用 由于这种基质中好氧区和厌氧区的同时存在，十分利于硝化和反硝化反应的进行面达到除氮效果。人工湿地净化污水的原理正是物理沉积、化学反应和生化反应的综合作用，植物好像是廉价而又精妙的曝气机。

人工湿地处理污水系统包括前处理和人工湿地两个部分。前处理部分包括：格栅、沉砂池、沉淀池、兼性塘等。人工湿地则由许多长满植物的碎石床并联和串联组成．根据水流形态人工湿地叉分表面流式和潜流式。根据原水水质的污染物去除要求．使设计工艺达到最佳效果。

通过格栅截阻块浮渣以及沉砂池除去砂粒后，污水进入初沉池，固体物质发生自由沉淀和絮凝沉淀作用。这种简单工艺可有效地去除SS和BOD。这非常有利于后续处理单元的负荷、稳定水质、去除寄生虫卵和减少人工湿地淤塞。在不设置厌氧塘的人工湿趣系统中沉淀池几乎是不可缺少的工艺。

人工湿地系统所使用的稳定塘主要是厌氧塘和兼性塘，本工艺采用目前世界上应用最为广泛的一种塘，污水进入稳定塘后被稀释．使有毒、有害物质的浓度降低，这有利于生物净化作用的正常进行。
污水中许多污染物可以通过化学沉淀、吸附、离子交换等化学化应过程得以去除。化学反应是否显著取决于基质的化学成分。例如．含CaC03较多的石灰石有助于磷的去除；含有机物丰富的土壤有助于吸附各种污染物。 参考知识C 人工湿地是指通过模拟天然湿地结构与功能,选择一定的地理位置与地形,根据人们的需要人为设计与建造的湿地.它由水体、基质、水生植物和微生物四大基本要素构成.基质是人工湿地中水生植物和微生物的生长载体,一般由不同级配、比例的单一或混合填料构成.选择合适的基质材料,可以为污水在湿地系统中的渗流提供良好的水力条件,为植物和微生物的生长提供良好的载体.基质是人工湿地系统中重要的营养聚集场所,它本身还可以通过物理化学吸附、沉降络合等作用有效去除污水中的氮、磷、难降解有机物等污染物质.因此,选择合适的基质材料,是构建人工湿地、提高人工湿地净化污水能力的关键措施.

国内外学者在基质除污性能上已作了大量研究,发现页岩、钢渣、无烟煤等基质能有效去除污水中的磷,煤灰渣、砂子、无烟煤、生物陶粒等基质对有机物的去除效果较好,沸石、陶瓷滤料、高炉渣等基质对氮素有较高的去除率.但是,不同的基质材料在粒径上往往难以统一,甚至存在较大差异,过去在比较不同基质类型对污染物质的去除效率时往往忽略了基质粒径的影响.比较不同基质类型的除污效能时,必须要考虑粒径的作用,确保粒径统一的情况下对不同基质进行比较.目前对基质粒径的研究主要集中在湿地堵塞方面,基质粒径对污水中污染物质的净化效果的影响尚没有一个明确的参考值.

因此,本文就不同粒径下(2~4、4~8mm)对3种常用人工湿地基质(无烟煤、沸石、砾石)的除污性能作了研究,并比较了相同基质类型下不同粒径对COD、TN、TP去除率的影响,分析了基质粒径和基质类型对COD、TN、TP这3种典型污染物质去除效能的贡献,以期为人工湿地基质的选择提供科学依据,进一步提高人工湿地的水质净化效率.

1材料与方法

1.1实验装置与基质

如图1,实验装置为人工实验柱,柱体采用有机玻璃材料,直径10cm,高60cm,柱体中铺设50cm高的基质层(在实验柱底部填充大粒径的实验基质以防止堵塞),下方设置锥形排水口.实验选用了沸石、砾石和无烟煤这3种常用的人工湿地基质,每种基质分别选取了3种常见的粒径,分别为1~2、2~4、4~8mm粒径的沸石,2~4、4~8、8~16mm粒径的砾石、以及2~4、3~5、6~8mm粒径的无烟煤.共9组处理,每组处理设置3个重复.

图1人工实验柱系统

1.2实验设计与进水

实验前期(4月中旬),用实际生活污水培养人工实验柱系统,以模拟真实的微生物环境.5月初,人工实验柱排出实际生活污水后,注入人工配置的污水,开展水质净化实验.配置污水所用底水为亚热带林业研究所内的池塘水,参考冯华军等对浙江省生活污水的水质调查结果模拟生活污水水质,分别用蔗糖、硝酸钙、硫酸铵、磷酸二氢钾调整了化学需氧量、总氮、铵态氮和总磷的浓度,使进水污染物浓度保持在较高水平, 参考知识D 基质在人工湿地净化污水中的重要作用,基于因地制宜和生态低耗的理念,以炉渣和砾石为基质开展了潜流人工湿地污染物去除的机理研究。通过批次实验,分析了炉渣和砾石对磷的吸附机理及其影响因素;结合两种基质潜流人工湿地对污染河水的净化效果,揭示了主要污染物在潜流人工湿地中的降解与去除规律;通过基质对人工湿地植物与微生物群落的作用分析,判明了人工湿地中基质-植物-微生物之间的生态效应机制;通过两种基质潜流人工湿地中微生物群落的季节性变化特征与污染物去除效果的相关性分析,明确了潜流人工湿地的污染物去除机理。本研究主要的结论如下:(1)基质的静态吸附试验结果表明,炉渣对磷的吸附符合Freundlich吸附等温线的规律,砾石对磷的吸附符合Langmuir吸附等温线的规律,炉渣和砾石的理论吸附量分别为3.15mg/g和0.81mg/g。准二级动力学方程可较好的描述两种基质的吸附动力学特性,且物理吸附、化学吸附和配位体交换是磷吸附去除的主要作用原理 。