人工湿地是一种新型的污水处理技术,因其具有运行费用低、投资少、景观性强及人工维护少等优点已经被广泛的应用于各种污水的处理。潮汐流人工湿地是一种新型的污水处理技术,作为人工湿地的重要组成部分,基质的合理选择能够直接影响人工湿地的运行效果。

试验采用两种生物炭,分别由鸡粪和玉米秸秆制成。鸡粪取自某养殖场,玉米秸秆取自某农田。鸡粪和玉米秸秆收集后,用粉碎机进行破碎并进行筛分去除≥10mm的物质,然后放置在70℃烘烤箱中烘烤24h。烘烤后分别装入坩埚类器皿并放入马弗炉在500℃下高温分解4h,温升速率为100℃·h-1。高温分解后的鸡粪和玉米秸秆放入粉碎机进行破碎,并用不锈钢筛网进行筛分。石灰石购于某填料厂,石灰石用蒸馏水进行清洗3次后自然风干,并用不锈钢筛网进行筛分。经分析,生物炭和石灰石的理化性质可见表1。

生物炭基质潮汐流人工湿地处理生活污水性能-国投盛世

人工湿地试验装置如图1所示,共设置3套,1套装填鸡粪生物炭填料(CW1),一套装填玉米秸秆生物炭填料(CW2),另外一套装填石灰石填料(CW3)作为对照组。反应器由有机玻璃制成,直径36cm,高130cm,有效容积为52L。反应器内部从下往上依次装设高150cm的鹅卵石(粒径30-50mm)、250cm的沸石(粒径15-25mm)、600cm的生物炭或石灰石(粒径5-10mm)和150cm的石英砂(粒径1-5mm),超高10cm。湿地植物选择灯芯草。

在人工湿地中,磷的去除主要通过基质吸附、化学沉淀、微生物同化和植物吸收的作用来实现。3组人工湿地均存在植物吸收作用,另本试验底物采用生活污水,可生化性好,3组人工湿地微生物代谢活动较强,均存在微生物同化作用,但植物吸附和微生物同化作用去除的磷很少。

生物炭基质潮汐流人工湿地处理生活污水性能-国投盛世

同一基质在200mm高度的微生物量均高于400mm,这是因为在排水阶段,带进的氧气向下扩散阻力较大,导致上层的溶解氧浓度高于下层,从而上层的微生物量较下层更丰富。本研究人工湿地基质不同空间位置的微生物量存在差异且上层高于下层这一结果,与付融冰等及孔令华等的研究结果一致。

鸡粪生物炭基质和玉米秸秆生物炭基质的潮汐流人工湿地对生活污水的处理效果高于石灰石基质的潮汐流人工湿地,淹没/排水比的缩短(由8h/4h改为4h/8h)能提高人工湿地的运行性能(PO43–P去除率除外)。在淹没/排水比4h/8h下,玉米秸秆生物炭基质的人工湿地处理性能最高。