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人工湿地具有处理效果好、建设和运行费用低、易于维护管理、耐冲击负荷、能适应小型化和分散化的污水处理等优点,因而受到世界各国的普遍重视,成为近年来发展较快的一种污水处理新技术。因其有着和传统污水处理工艺不同的独特构造,能充分利用生物和物理作用使其能适应面源污染的不稳定特性,在解决农业径流的氮污染问题方面起到了非常重要的作用;此外人工湿地在处理其它高氮废水方面的应用也越来越多。
复合垂直流人工湿地(IVCW)是一种新颖的湿地处理系统,具有独特的下行流和上行流两个串联单元,在水流路线上形成好氧-缺氧/厌氧-好氧的功能区,氮的去除主要在这些功能区通过硝化-反硝化途径得到净化。其中,反硝化作用是氮从湿地中被去除的关键环节。湿地脱氮影响因素非常多,但是在低碳高氮废水的处理方面,进水中碳源的缺乏严重抑制了湿地反硝化,影响了湿地脱氮功能的充分发挥,碳源成为制约湿地生物脱氮的瓶颈。
在实验基地构建3套IVCW小试系统,水力负荷0.85 m3·(m2·d)-1,每套系统处理水量60L·d-1。以东湖水+人工配水作为湿地进水,通过该类型湿地特有的通气管补充碳源至湿地底部,进行出水采样分析。本论文全面研究了补充碳源对IVCW小试系统处理低碳高氮废水的脱氮影响。研究内容包括:
1、在IVCW小试系统处理高氨氮废水的过程中,通过湿地通气管分别投加羧甲基纤维素和葡萄糖至处理量为60L·d-1的IVCW小试系统中,投加碳源的系统与对照组之间的氨氮去除率没有显著性差异;在IVCW小试系统运行前期,沸石吸附氨氮为主,氨氮的去除率高达96%以上。
2、在IVCW小试系统处理高硝态氮废水的过程中,补充碳源的IVCW系统与对照组之间硝态氮去除率存在显著性差异,脱氮效率从高到低为:投加葡萄糖系统>投加羧甲基纤维素系统>对照组,处理量为60L·d-1的IVCW系统中加入1g(16.7ppm)葡萄糖后硝态氮平均去除率比对照组提高了11.6%。投加碳源会显著性提高系统硝态氮负荷(p=0.019)。葡萄糖更适合作为湿地反硝化的外加碳源,而且在定量投加下不会造成出水中COD大幅度升高。
3、本研究探讨了不同葡萄糖投加量下湿地出水氮及CODCr的变化规律,当处理量为60L·d-1,进水COD均值为110mg·L-1,硝态氮浓度均值为28.8mg·L-1时,采用IVCW通气管与放空管投加碳源的方式,在IVCW中最佳葡萄糖补充量为1.5g(25ppm),此时C6H12O6∶NO3--N为4.3∶1,这个投加量远低于在进水中为满足反硝化所需调控的C/N,在本实验条件下吨水加药费用仅为0.07元。
4、进水时加入25 ppm葡萄糖、进水前4h投加50ppm CMC、进水前4h加入25ppm葡萄糖的系统对硝态氮平均去除率分别为68.3%、72.3%、74.8%,方差分析(p<0.01)表明投加时间不同也会造成IVCW湿地脱氮效果有显著性差异。在本实验运行工况下进水前4h投加碳源要优于进水时加入碳源。
本论文提出了一种新型的补充湿地碳源的方式,利用IVCW系统特有的通气管和底部放空管作为湿地外加碳源的输送管道,将碳源(葡萄糖和羧甲基纤维素)补充到人工湿地系统内部,改善湿地内部微生物环境,强化了湿地脱氮功能,对于推广人工湿地在低碳高氮废水方面的应用具有重要意义。