冬季不同植物、基质人工湿地脱氮效果对比研究

陈鸣　朱小曼　徐慧

摘要：选择4种不同湿地植物和3种不同湿地基质，并通过试验，对比研究了冬季低温条件下，不同植物、不同基质人工湿地脱氮效果存在的差异。

关键词：人工湿地;冬季;脱氮

中图分类号：X703 文献标识码：A 文章编号：1674-9944（ 2020）2-015002

1 引言

人工湿地已成为了全球性的水污染控制工艺——无论发达国家、还是发展中国家[1]。随着人工湿地应用领域的不断扩大，人工湿地逐渐引起人们的广泛关注[2]。近年来国内外学者开始关注人工湿地在冬季低温条件下的运行效果[3]。本文针对冬季人工湿地含氮污染物去除效果较差的问题，选择了不同湿地植物和不同湿地基质进行了试验对比研究。

2 试验设计

试验选择水平潜流人工湿地，连续进水。试验人工湿地装置尺寸为1.6 m×0.6 m×0.9 m，湿地底面坡度为1%，分为布水區、反应区和集水区。湿地一端连续进水，布水区、集水区采用穿孔板，使得进出水更加均匀。试验人工湿地装置见图1。试验进水水质见表1。

3 实验过程

设计了两组实验，分别对不同湿地植物和不同湿地基质进行对比研究。

3.1 湿地植物比选

有研究表明，人工湿地系统对污水中氮的去除主要通过基质的吸附、过滤、沉淀以及氨的挥发，植物的吸收和微生物硝化、反硝化作用等方式进行[4]。湿地植物可以把污水中的氮素作为营养物质直接吸收和利用。试验选取了四种具有代表性的湿地植物：西伯利亚鸢尾、香蒲、麦冬和美人蕉，试验温度为3～15℃，停留时间为3～5 d，持续周期45 d，结果如图2、3所示。

由图2可以看出，4种不同植物的NH4+ -N去除率存在一定的差异，其中西伯利亚鸢尾湿地NHT -N去除率优势较为明显，麦冬湿地NH4+ -N平均去除率相对较低;由图3可以看出，4种不同的植物TN去除率总体相差不大。

在冬季低温条件下，4种植物中西伯利亚鸢尾耐寒性较好，冬季不会枯死，其他3种植物均不同程度的枯基金项目：南京市2016年度环保科研课题（编号：201609）死，植物生长营养物质需求大大降低，同时枯死的植物重新向湿地释放有机质，从而影响湿地冬季的脱氮效果。

3.2 湿地基质比选

人工湿地中基质介质也可以通过吸收、吸附、离子交换及过滤等方式对污水中氮的去除起到一定作用[5]。李旭东等人的研究认为，沸石针对铵态氮具有较强的选择吸附性，对污水中的氨氮具有快速截留的作用[6]。本试验选取了3种典型湿地基质：沸石、炉渣和砾石，在进水稳定条件下比较3种湿地基质的脱氮效果，试验温度为3～15℃，停留时间为3～5 d，持续周期49 d，湿地植物采用西伯利亚鸢尾，试验结果如图4、5所示。

由图4可以看出，沸石的NH4+ -N去除率明显高于其他两种湿地基质，平均去除率达到了39. 7%，炉渣的NH4 -N去除率次之，平均去除率约为14. 6%，砾石的NH4 -N效果最差，平均去除率约为7.7%。由图5可以看出，3种基质对TN的去除能力同样存在差异，沸石基质对TN的去除率最高，平均去除率为36. 6%;炉渣基质和砾石基质对TN的去除率较低，平均去除率为7.6%～8.5%。

在冬季低温条件下，不同的湿地基质脱氮能力存在较明显的差异。沸石基质对NH4+-N、TN的净化效果远优于炉渣基质和砾石基质。

4 结语

（1）在冬季低温条件下，选择的4种不同植物湿地中，总体而言，西伯利亚鸢尾湿地脱氮效果最优，同时具有耐寒的特性。冬季保障人工湿地脱氮效果时，应选择低温耐寒植物，同时还应注意选择根系发达和生物量大的植物。

（2）在冬季低温条件下，不同基质类型对湿地脱氮效果存在显著差异。沸石基质湿地脱氮效果明显优于炉渣基质湿和砾石基质湿地。

参考文献：

[1]IWA Scientific and Technical Report No.8[C]∥ConstructedWetlands for Pollution Control - Processes， Performance， Designand Operation. By IWA Specialist Group Use of Macrophytes inWater Pollution Control， 2000.

[2]项学敏，杨洪涛，周集体，等.人工湿地对城市生活污水的深度净化效果研究：冬季和夏季对比[J].环境科学，2009（3）：713-719.

[3]黄娟，杨思思，郭杨，等.强化供氧对低温域人工湿地脱氮及微环境的影响[J].东南大学学报（自然科学版），2013，43（5）.

[4]贺峰，吴振斌.陶菁，等，复合垂直流人工湿地污水处理系统硝化与反硝化作用[J].环境科学，2005，26（1）：47-50.

[5]何小娟，李旭东，沸石潜流人工湿地去除氨氮的运行模式研究[J].化工环保，2004（S1）：70-72.

[6]李旭东，周琪，张荣社，等.三种人工湿地脱氮除磷效果比较研究[J].地学前缘，2005，12（特刊），73-76.

作者简介：陈鸣（1981-），女，高级工程师，主要从事环保科研与环境管理工作。