CN115259382A - 一种水生植物强化人工湿地反硝化、脱氮作用的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及污水处理技术领域，公开了一种水生植物强化人工湿地反硝化、脱氮作用的方法，本发明通过搭建人工湿地装置。通过蠕动泵连续流动，依次经过流入区、反应区及流出区。反应区域中填充深度为300mm的直径为2‑3cm且孔隙率≤0.4的砾石。在人工湿地中载种鸢尾花，通入氨氮废水，通过湿地植物根系分泌物，来促进根系微生物的硝化和反硝化作用，以及在添加额外碳源时在植物氧传输促进硝化作用，从而提高人工湿地对废水的脱氮能力。

Description

一种水生植物强化人工湿地反硝化、脱氮作用的方法

技术领域

本发明属于水生植物河道治理技术领域，具体涉及一种水生植物强化人工湿地反硝化、脱氮的应用。

背景技术

如今，污水处理厂的二次出水已成为地表水氮污染的主要点源之一，此类废水具有水量大、氮浓度相对较低的特点而难处理。潜流人工湿地是一种成本低廉，适合处理的方法。然而，作为此类废水中氮的主要形式，硝酸盐的去除效率通常受到限制，因其含有较少的易降解有机物。水生植物是湿地的重要组成部分。它们可以通过吸收直接去除氮，也可以通过改变湿地内部的氧化还原环境提高微生物的活性来间接去除氮。植物在反硝化过程中更重要的作用是释放各种有机化合物，可供细菌用于反硝化。然而，大多数人工湿地研究都是针对植物种类或多样性方面，而对植物在强化反硝化人工湿地中的作用的研究较少。在强化反硝化人工湿地中，添加额外的有机物可能会限制硝化作用并降低植物作为有机碳对反硝化作用的贡献，但会增加反硝化细菌的活性。

本发明通过建立了两个试验性的人工潜流湿地，以评估水生植物对人工湿地反硝化、脱氮作用的影响。具体而言，本发明研究水生植物对脱氮的影响。本发明将扩大对水生植物重要性的认识，并为强化反硝化人工湿地的设计提供参考。

发明内容

鉴于上述和/或现有技术中存在的问题，针对地表水低浓度氮污染处理困难的问题，本发明提出一种水生植物强化人工湿地反硝化、脱氮的应用，所使用的水生植物—鸢尾花能够显著通过根系分泌物增强氮吸收和反硝化作用，以及在植物氧传输过程中促进硝化作用。

为解决上述技术问题，本发明提供了如下技术方案：

一种水生植物强化人工湿地反硝化、脱氮作用的方法，包括，

搭建人工湿地装置：装置设为流入区、反应区及流出区，通过蠕动泵将废水连续流动，依次经过流入区、反应区及流出区；其中反应区中填充深度直径为2-3cm且孔隙率n≤0.4的砾石；

进一步，反应区域为长*宽*高＝500mm*200mm*500mm；

在人工湿地中载种鸢尾花。其中试验装置组种植密度为每0.1m²种植5根，对照组为无水生植物作用的控制系统。

在自然光照条件下，温度控制为20-25℃。通过氨氮废水进行处理，根系分泌物增强氮吸收和反硝化作用.

人工湿地使用的废水为人工合成，采用KNO₃、Ca(NO₃)₂和NH₄ Cl制备模拟二级出水，其中氨氮(NH₄ ⁺-N)和硝酸盐氮(NO₃ ^--N)分别为4.12±0.32mg·L^-1和10.88±0.34mg·L^-1，其中总磷(TP)约为0.38±0.02mg·L^-1。

本发明有益效果：

(1)本发明在人工湿地种植鸢尾花，通过根系分泌物增强氮吸收和反硝化作用，在植物氧传输过程中促进硝化作用。

(2)本发明利用鸢尾花的根系作用和反硝化能力，促进人工湿地TN的去除效率提高，植物和氮源的结合可以达到近100％，为强化反硝化人工湿地的设计提供参考。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1为本发明所述试验装置图。

图2为本发明所述水生植物对试验装置的NH₄ ⁺-N影响图。

图3为本发明所述水生植物对试验装置的NO₂ ^--N影响图。

图4为本发明所述水生植物对试验装置的NO₃ ^--N影响图。

图5为所述水生植物对试验装置的TN影响图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合说明书实施例对本发明的具体实施方式做详细的说明。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。

其次，此处所称的“一个实施例”或“实施例”是指可包含于本发明至少一个实现方式中的特定特征、结构或特性。在本说明书中不同地方出现的“在一个实施例中”并非均指同一个实施例，也不是单独的或选择性的与其他实施例互相排斥的实施例。

实施例1

试验装置如图1所示。

搭建试验装置：在自然光照条件下，温度控制为20-25℃，搭建两台人工湿地装置。装置均通过蠕动泵连续流动，依次经过流入区、反应区及流出区。反应区域为长*宽*高＝500mm*200mm*500mm，其中填充深度为300mm的直径为2-3cm且孔隙率为0.4的砾石。

在人工湿地中载种鸢尾花。其中试验装置组种植密度为每0.1m²种植5根，作为R1组。

人工湿地使用的废水为人工合成，采用KNO₃、Ca(NO₃)₂和NH₄ Cl制备模拟二级出水，其中氨氮(NH₄ ⁺-N)和硝酸盐氮(NO₃ ^--N)分别为4.12±0.32mg·L^-1和10.88±0.34mg·L^-1，其中总磷(TP)约为0.38±0.02mg·L^-1。

R2为对照组。

实施例2

为考察试验装置对氨氮(NH₄ ⁺-N)去除情况，取实施例1R1组中经水生植物处理的60d的进水、反应、流出的水。采用紫外分光光度计法测定NH₄ ⁺-N。同时以R2为对照组，所述结果如图2所示。

由图2可知，在S1、S2和S3期间，R1中的出水NH₄ ⁺-N平均稳定在0.17±0.08mg L^-1，而R2中的出水NH₄ ⁺-N从S1中0.45±0.12mgL^-1上升至S3中的1.91±0.32mg L^-1，这表明在水生植物作用下氨去除效率显著。

实施例3

为考察试验装置对亚硝酸盐氮(NO₂ ^-N)去除效果，取实施例1中经水生植物处理的60d的进水、反应、流出的水。采用紫外分光光度计法测定NO₂ ^-N。同时以实例1中R2为对照组，所述结果如图3所示。

由图3可知，与S2中CW-G中的最大NO₂ ^--N流出量0.91mg L^-1相比，R1中没有明显的NO₂ ^--N积累。这表明无论是硝化作用还是反硝化作用，水生植物的存在有效地减少了亚硝酸盐的积累。

实施例4

为考察试验装置对硝酸盐氮(NO₃ ^-N)去除效果，取实施例1中经水生植物处理的60d的进水、反应、流出的水。采用紫外分光光度计法测定NO₃ ^-N。同时以实例1中R2为对照组，所述结果如图4所示。

由图4可知，在S1中，R1中的出水NO₃ ^--N为12.56±0.42mg L^-1，低于R2中的13.48±0.28mg L^-1。植物的存在从氨中去除了部分硝酸盐。在添加氮源后，R1的S2和S3出水NO₃ ^--N分别下降到2.35±1.07mg L^-1和0.27±0.24mg L^-1，表明添加电子给体显着改善了反硝化效果过程。S3中R1和R2的反硝化性能差异不显着，说明添加足够氮源后植物对硝酸盐去除的影响减弱。

实施例5

为考察试验装置对总氮(TN)去除效果，取实施例1中经水生植物处理的60d的进水、反应、流出的水。采用TN分析仪法测定TN。同时以实例1中R2为对照组，所述结果如图5所示。

由图5可知，R1中的出水TN在S1、S2和S3中分别为12.75±0.44mg L^-1、2.55±1.07mg L^-1和0.46±0.23mg L^-1，分别低于R2中14.07±0.25mg L^-1、3.97±0.67mg L^-1和1.99±0.34mg L^-1。在没有额外氮源的情况下，水生植物可以吸收氮生长，同时微生物可以利用根系分泌物中的有机物进行反硝化。

应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (3)

1.一种水生植物强化人工湿地反硝化、脱氮作用的方法，其特征在于：包括以下步骤：

搭建人工湿地装置：装置设为流入区、反应区及流出区，通过蠕动泵将废水连续流动，依次经过流入区、反应区及流出区；其中反应区中填充深度直径为2-3cm且孔隙率n≤0.4的砾石；

在人工湿地装置中载种鸢尾花，通过氨氮废水进行处理，根系分泌物增强氮吸收和反硝化作用；

所述氨氮废水中氨氮(NH₄ ⁺-N)和硝酸盐氮(NO₃ ^--N)分别为4.12±0.32mg﹒L^-1和10.88±0.34mg﹒L^-1，其中总磷(TP)为0.38±0.02mg﹒L^-1。

2.根据权利要求1所述水生植物强化人工湿地反硝化、脱氮作用的方法，其特征在于：包括以下步骤：载种鸢尾花后在自然光照条件下，温度控制为20-25℃进行处理氨氮废水。

3.根据权利要求1所述水生植物强化人工湿地反硝化、脱氮作用的方法，其特征在于：鸢尾花在人工湿地装置中种植密度为每0.1m²种植5根。

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