【摘 要】
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随着社会经济水平和农村生产力的不断提高,生态环境日益失衡,导致黑臭水体现象日益频繁,生态文明乡村的建设受到严峻挑战。人工湿地由于不易引发二次污染、低建设和维护成本优点而逐渐成为农村污水处理常用技术。但单一结构的人工湿地对于农村黑臭水体处理达不到排放要求,因此,如何构建更加经济高效的人工湿地用于改善农村黑臭水体水质,是目前农村污水治理的当务之急。本研究针对农村黑臭水体的水质特征,以无烟煤、沸石为主要
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随着社会经济水平和农村生产力的不断提高,生态环境日益失衡,导致黑臭水体现象日益频繁,生态文明乡村的建设受到严峻挑战。人工湿地由于不易引发二次污染、低建设和维护成本优点而逐渐成为农村污水处理常用技术。但单一结构的人工湿地对于农村黑臭水体处理达不到排放要求,因此,如何构建更加经济高效的人工湿地用于改善农村黑臭水体水质,是目前农村污水治理的当务之急。本研究针对农村黑臭水体的水质特征,以无烟煤、沸石为主要基质层填料,优化设计并构建了由两套潮汐流人工湿地(A和B)组合而成的复合潮汐流人工湿地(HTFCW);选择污染负荷、水力停留时间(HRT)、温度和植物等参数,考察了其对农村黑臭水体净化效果的影响;分析在最优运行条件下沿程污染物的浓度和形态的变化,进一步探究人工湿地中污染物迁移转化规律。以期为复合潮汐流人工湿地在农村黑臭水体中的治理推广提供理论依据和工程参考。取得的主要研究结果及结论如下:1.以无烟煤和沸石为基质、水芹菜为湿地植物的HTFCW系统对南方农村黑臭水体具有良好的净化效果,明显改善了湿地内部的氧环境,对氮、磷和COD均表现出较高的去除效果,湿地系统对COD的去除率随污染负荷增加而增加,最高达到97.73%;系统对TN的去除率均在80%以上,最高可达99.53%,污染负荷的增加导致TN的去除效果小幅度下降;污染负荷对TP去除有较为明显的影响,随污染负荷的增加呈现先上升后下降的趋势。2.COD的去除率随HRT增加呈现先上升后下降的趋势,在轻、中、重三种污染负荷下分别于4h、4h、6h达到最高去除率,为85.65%、96.94%、96.64%;延长HRT对系统TP去除率起到反作用,在2h时去除效率达到最大,对应三种污染负荷分别为76.63%、91.78%、93.28%;HRT为4h时湿地系统对污染物的综合去除效能最好。湿地系统在冬季出水的水质稳定性较好,但是污染物去除率均低于夏季,COD、TN、TP在三种污染负荷下分别降低了7.47%、8.99%、4.59%,6.20%、11.90%、13.17%和46.49%、14.95%、17.64%;对于COD和TP,污染负荷增加在一定程度上可抵消低温产生的负作用。水芹菜在较大的污染负荷下表现出良好的适应性,根茎叶对氮、磷的吸收量分别为11.97 mg·g-1、9.17 mg·g-1、10.24 mg·g-1和3.00 mg·g-1、3.76 mg·g-1、2.16 mg·g-1,每亩每年可带来约1~2.4万元收入,以及移除氮约48.52~77.64 Kg、磷约14.75~23.60 Kg,同时具有较高的经济价值和环境价值。3.通过分析沿程污染物浓度和形态变化情况,系统中的氮素通过传统的硝化反硝化作用和同步硝化反硝化共同完成的。湿地系统中红壤层和基质层上半部分,发生氨氮的吸附降解去除率占整个系统的89.25%;在红壤层发生了同步硝化反硝化,而反硝化反应主要发生在装置B内;COD在红壤层下降较快,去除率占系统去除率的45.72%,由于溶解氧缺少和较低的可生化性导致去除效果较差,装置B去除率仅占系统COD去除的11.43%。TP在红壤层下降最快,主要原因是红壤的化学吸附作用强,而在其他部位主要为物理吸附和生物吸附。对DO浓度与污染物去除率的相关性分析表明,COD、TN、NH4+-N去除率和DO浓度成正相关,TP去除率和DO浓度没有相关性。
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