人工濕地填料脫氮除磷的機(jī)理是什么？

人工濕地脫氮的機(jī)理

1脫氮機(jī)理

人工濕地中的氮通過(guò)微生物的氨化、硝化與反硝化作用，植物的吸收，基質(zhì)的吸附、過(guò)濾、沉淀等途徑去除。其中氨化、硝化與反硝化作用是去除氮的主要途徑，其基本條件是濕地中存在大量的氨化菌、硝化菌、反硝化菌和適當(dāng)?shù)臐竦赝寥拉h(huán)境條件。

氨氮可被植物直接攝取，合成植物蛋白質(zhì)與有機(jī)氮后，再通過(guò)植物的收割從濕地系統(tǒng)中除去。濕地植物根毛的輸氧及傳遞特性，使根系周圍連續(xù)呈現(xiàn)好氧、缺氧及厭氧狀態(tài)，相當(dāng)于許多串聯(lián)或并聯(lián)的處理單元，使硝化和反硝化作用可以在濕地系統(tǒng)中同時(shí)進(jìn)行。

基質(zhì)是人工濕地不可缺少的組成部分，它為人工濕地中微生物的生長(zhǎng)提供穩(wěn)定的依附表面，為水生植物提供生長(zhǎng)載體和營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，同時(shí)，基質(zhì)本身對(duì)污水凈化也有重要的作用。

2影響脫氮的主要因素

2.1基質(zhì)

不同基質(zhì)類型對(duì)脫氮效果的影響不同。WendongTao等研究發(fā)現(xiàn)，石灰石基質(zhì)和鋪路石對(duì)氨氮和TN的去除效果無(wú)太大差別，但是石灰石基質(zhì)能夠增大亞硝酸鹽的含量，將其最高質(zhì)量濃度從3.6mg/L增加到4.7mg/L，從而更有利于厭氧氨氧化，提高對(duì)氮的去除率。

有研究表明：在相同進(jìn)水水質(zhì)和水力負(fù)荷條件下，頁(yè)巖填料對(duì)COD、TN、TP去除效果最好，最高去除率可分別達(dá)到60%、80%、85%，其次為頁(yè)巖與粗礫石組合填料，麥飯石去除效果較差。

周煒等的試驗(yàn)結(jié)果表明，在8月份，沸石床復(fù)合流人工濕地NH4+-N去除率在95%左右，TN去除率接近80%，硝態(tài)氮去除率在96%左右；而爐渣和礫石人工濕地與沸石床相比，除出水硝態(tài)氮無(wú)太大變化外（約為80%~90%），NH4+-N和TN的去除率較低，約為10%、50%。

此外，一般來(lái)說(shuō)，分層的基質(zhì)要比不分層的處理效果好。研究表明，不同粒徑分層級(jí)配基質(zhì)對(duì)COD的去除率均高于單一粒徑基質(zhì)，其中分層級(jí)配生物陶粒對(duì)COD的平均去除率高達(dá)72.91%。分層級(jí)配沸石對(duì)TN的凈化能力較單一粒徑基質(zhì)有所提高，平均去除率高達(dá)91.23%。

2.2水生植物

水生植物是人工濕地的重要組成部分，對(duì)氮的去除有很大的影響。張榮社等研究表明，無(wú)植物床、蘆葦床和茭草床TN去除率分別達(dá)48.7%、75.6%、63.5%。可見(jiàn)植物對(duì)濕地中氮的去除有很大影響。

Z.Yousefi等通過(guò)實(shí)驗(yàn)對(duì)比了黃花鳶尾碎石床人工濕地與空白床對(duì)TN的去除效果，結(jié)果表明，黃花鳶尾床對(duì)TN的去除效果比空白床好，二者的去除率分別為49.4%、43.4%。

不同的濕地植物對(duì)人工濕地的凈化效果的影響不同。SixiZhu等研究發(fā)現(xiàn)，豆類植物不影響生物質(zhì)生產(chǎn)以及基質(zhì)中硝酸鹽和銨鹽的截留；C3類植物和C4類植物影響植物水上部分生物質(zhì)的生產(chǎn)；最重要的是，植物的多樣性越高越有利于生物質(zhì)的生產(chǎn)和基質(zhì)中氮的截留，因此，更有利于人工濕地脫氮。

韓蘇娟等研究結(jié)果表明：黃菖蒲、蘆葦、水莎草濕地對(duì)TN去除率較好，平均去除率分別為33.29%、30.58%、30.38%；臭蒲和香蒲對(duì)TN去除效果次之，分別為25.84%、22.92%；大紅草對(duì)TN去除效果最差，僅為18.09%。

水生植物不僅可以直接攝取污水中的富營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，而且其根系的泌氧功能為微生物分解轉(zhuǎn)化有機(jī)物提供了適宜的環(huán)境條件。植物向濕地中傳輸?shù)难鯕饬恐苯佑绊懫溥\(yùn)行機(jī)制。水生植物可以傳輸約90%的氧到根系周圍，從而加強(qiáng)微生物的硝化作用，去除水中氮。

2.3微生物

人工濕地中的微生物在有機(jī)物的降解轉(zhuǎn)化方面發(fā)揮著重要作用。付融冰等研究發(fā)現(xiàn)，在距人工濕地進(jìn)水沿程50cm處氨化細(xì)菌和亞硝化細(xì)菌個(gè)數(shù)最多，分別為：氨化細(xì)菌3.5×106mL-1，亞硝化細(xì)菌3.0×103mL-1，且此處TN的去除率也最高，為31.6%。隨著以上兩種細(xì)菌數(shù)的減少，TN的去除率也在降低。這說(shuō)明濕地的氮去除效果與硝化細(xì)菌等微生物數(shù)量呈正相關(guān)。

張鴻等實(shí)驗(yàn)表明，由于水芹濕地和鳳眼蓮濕地中含有大量的硝化細(xì)菌，水芹和鳳眼蓮濕地對(duì)氨氮的凈化率比對(duì)照組分別高8.7%、11.7%。這說(shuō)明微生物在濕地對(duì)氮的去除中發(fā)揮著很重要的作用。

2.4進(jìn)水的影響

YongjunZhao等研究表明，控制進(jìn)水m（C）∶m（N）∶m（P）在一定范圍內(nèi)，能使有植物的人工濕地中的微生物發(fā)生相似轉(zhuǎn)化，而無(wú)植物的人工濕地中的微生物則會(huì)出現(xiàn)脫離濕地的現(xiàn)象，因此，建議在建設(shè)人工濕地時(shí)應(yīng)盡量種植植物，并選擇合適的m（C）∶m（N）∶m（P），防止微生物異化和脫離濕地。

研究表明，濕地進(jìn)水碳氮比變化時(shí)，TN的去除率隨著碳氮比的增大而逐漸升高；NH4+-N的去除率隨著碳氮比的增加而降低。