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生態(tài)浮床處理農村生活污水
日期: 2022-09-12 14:43:22  作者:www.a-expertmels.com 瀏覽量:2138

生態(tài)浮床是20世紀80年代在德國發(fā)明并被廣泛推廣應用的人工濕地技術(shù),對污染物的去除效果好,尤其在富營(yíng)養化水體治理中具有獨特的優(yōu)勢。生態(tài)浮床是利用人工構建的浮床浮力承托植物,使高等水生植物或者改良的陸生植物在一個(gè)固定的區域生長(cháng),由此植物通過(guò)發(fā)達的根系吸收水吸收氮、磷等營(yíng)養物質(zhì),降低化學(xué)需氧量(COD);同時(shí)人工營(yíng)造一個(gè)各種動(dòng)物、微生物良好的生長(cháng)環(huán)境,為動(dòng)物、微生物的大量生長(cháng)繁殖及降解水體的污染物質(zhì)創(chuàng )造必要的條件;另外浮床植物的生長(cháng)能抑制藻類(lèi)大量生長(cháng)防止水體富營(yíng)養化,提高水體的自?xún)裟芰ΑD壳吧鷳B(tài)浮床技術(shù)已經(jīng)廣泛應用于包括農村生活污水處理、城市景觀(guān)水體建設、農村養殖廢水及富營(yíng)養水體治理等各方面。浮床植物是利用生態(tài)浮床處理生活污水的核心部分,浮床植物篩選和適應性研究、生理生態(tài)、凈化生活污水的機理及凈化效果等對于建設生態(tài)浮床的成敗與否具有重要的意義。

  1、生態(tài)浮床處理生活污水的優(yōu)勢

  1.1 生態(tài)浮床是一種高效的污染水體修復和治理的技術(shù)

  生態(tài)浮床是一種植物、動(dòng)物和微生物生存繁衍的載體,浮床植物通過(guò)發(fā)達的根系一方面吸收或吸附水體中的污染物質(zhì),另一方面通過(guò)泌氧、根系分泌物等促進(jìn)了動(dòng)物和微生物大量生長(cháng),通過(guò)吸收、吞噬、吸附和分解等功能的共同作用多種途徑降解水體污染物,從而有效地修復了污染水體。

  1.2 生態(tài)浮床建設成本低

  生態(tài)浮床在污染水體中進(jìn)行原位構建,不需要占用其它土地,減少了建造的成本;同時(shí)載體材料多為抗氧化性材質(zhì),材料來(lái)源廣,價(jià)格成本低,經(jīng)久耐用更換時(shí)間長(cháng);密度小質(zhì)量輕,制作簡(jiǎn)單便于運輸和組裝,從而使生態(tài)浮床的投資少,建設成本低。

  1.3 生態(tài)浮床運行管理費用少,低能耗

  生態(tài)浮床無(wú)需專(zhuān)業(yè)的機械設備以及化學(xué)藥劑的投入,大大的減少費用開(kāi)支;同時(shí)還能夠自動(dòng)適應動(dòng)態(tài)變化的水位,運行性能穩定,可以減少動(dòng)力、能源的消耗,降低了運行成本;生態(tài)浮床日常維護簡(jiǎn)單,無(wú)需投人大量的人力成本進(jìn)行管理。

  1.4 生態(tài)浮床能產(chǎn)生一定的經(jīng)濟價(jià)值

  利用生態(tài)浮床種植水生經(jīng)濟作物獲得一定經(jīng)濟收入,同時(shí)還能夠與水生生物及微生物處于一個(gè)良好的自然生態(tài)平衡環(huán)境,生物種類(lèi)多樣性,水體活性好,水生生物的產(chǎn)量和質(zhì)量都得到提高,產(chǎn)生的經(jīng)濟價(jià)值就越大,從另一個(gè)角度也就降低了生活污水的治理成本和維護費用。

  1.5 生態(tài)浮床具有景觀(guān)效果

  生態(tài)浮床應用于修復生活污水,將水體修復和景觀(guān)設計相結合對所處水體環(huán)境破壞小,同時(shí)改變了原來(lái)周邊環(huán)境的整體印象,美化了當地的水域環(huán)境,提升了周?chē)詈凸ぷ鞯沫h(huán)境。

  2、生態(tài)浮床凈化生活污水的植物功能

  2.1 對氮、磷吸收轉化和吸附固定

  生活污水中的氮、磷等是導致水體富營(yíng)養化的主要物質(zhì),同時(shí)也是植物生長(cháng)和繁殖所必需的營(yíng)養元素,植物通過(guò)吸收轉化這些可利用的營(yíng)養物質(zhì)如物質(zhì)銨態(tài)氮、速效磷等轉變?yōu)橹参矬w的組成部分。浮床植物吸收生活污水中銨態(tài)氮和硝態(tài)氮,銨態(tài)氮和硝態(tài)氮在植物體內進(jìn)行轉化形成氨基酸等含氮化合物,最后通過(guò)同化作用轉化為植物體的組成部分,通過(guò)植物的收割從生活污水處理系統中去除。磷是植物生長(cháng)需要的大量元素之一,以正磷酸鹽的形式被植物主動(dòng)吸收,合成植物的ATP等構成植物體的組成部分被固定下來(lái)。祝宇慧選用水蔥、千屈菜、水序等8種濕地植物對污水中總氮和銨態(tài)氮的去除率的污水凈化試驗,結果發(fā)現各植物對總氮和銨態(tài)氮的去除率高達80%~90%。定期對浮床植物進(jìn)行收割不僅可以從生活污水中帶走氮、磷等營(yíng)養元素,同時(shí)回收的植物還有一定經(jīng)濟價(jià)值,如用作牲畜飼料、食用蔬菜、造紙原料、燃料等。

  植物對水體中氮磷減少的另一種方式是通過(guò)植物根系的吸附固定作用。浮床植物降低水流速度,生活污水中的污染物質(zhì)會(huì )被浮床植物根系吸附,從而降低了污染物質(zhì)的濃度使生活污水得以?xún)艋凇V参飳ξ廴疚镔|(zhì)吸附量的多少與植物根系生物量與形態(tài)有著(zhù)密切的關(guān)系,不同植物根系的分布范圍也存在明顯的差異。SMITH等利用浮床植物對酸性礦井廢水中固體物質(zhì)進(jìn)行吸附試驗,結果發(fā)現浮床植物吸附固體物質(zhì)的能力達2.2kg?m-2。

  2.2 根系泌氧改變氧化還原條件

  浮床植物普遍具有發(fā)達的通氣組織,其莖和根部的細胞間相互貫通形成一個(gè)通氣系統,植物葉片通過(guò)光合作用產(chǎn)生的氧氣可以通過(guò)這個(gè)系統運送到根部,從而改變浮床植物根部的氧化還原條件。植物根系周?chē)鷺嫵珊醚鯀^、兼氧區和厭氧區,不同的根系環(huán)境條件下生活污水中的污染物質(zhì)轉化程度不同,多樣化的條件有利于污染物質(zhì)的分解。付融冰等構建蘆葦濕地處理富營(yíng)養化的河水時(shí)發(fā)現蘆葦根系泌氧從而使根系表面的氧化能力顯著(zhù)高于周邊水體。水生植物根系的好氧區硝化亞硝化作用,同時(shí)其厭氧區反硝化作用,為污染物質(zhì)的多樣化降解提供了必要場(chǎng)所。凌云等發(fā)現蘆葦泌氧作用形成的根際好氧區域的硝化亞硝化作用明顯高于非根際。

  2.3 根系微生物的吸收轉化

  生活污水中污染物質(zhì)的降解與浮床植物根系微生物的吸收轉化有很大的關(guān)系。浮床植物發(fā)達的根系具有巨大的表面積,可以為各種微生物和水中懸浮態(tài)污染物提供良好的載體。浮床植物根系區域微生物的種類(lèi)和數量大于非根際區域,此區域為微生物的生存和生長(cháng)繁殖提供了附著(zhù)基質(zhì)和棲息場(chǎng)所。大量的微生物一方面通過(guò)吸收同化降解污染物質(zhì)轉化自身的生物組成部分。如周元清等發(fā)現水芹根是固氮菌與氨化菌、硝化菌、亞硝化菌和反硝化菌等氮循環(huán)細菌種類(lèi)和數量非常多,主要通過(guò)水芹的吸收同化和氮循環(huán)細菌的生物脫氮降低污染水體的氮含量。微生物對污染物質(zhì)的降解另一個(gè)方面是通過(guò)微生物自身的活動(dòng)完成脫氮除磷的過(guò)程,如氮的去除主要靠微生物的硝化與反硝化作用來(lái)完成。植物根系泌氧在根系周?chē)纬珊醚鯀^、兼氧區、厭氧區的微環(huán)境,相應生長(cháng)和繁殖對應的各種好氧、兼氧、厭氧的微生物。唐瑩瑩等研究發(fā)現空心菜根際的氮循環(huán)細菌、硝化菌、氧化菌、亞硝化菌等的數量和種類(lèi)明顯高于空白對照,硝化菌和反硝化菌集中分布位置不同。由不同植物組合的生態(tài)浮床可以提高根際微生物群落的多樣性,促進(jìn)了生態(tài)浮床對污染物質(zhì)降解,如魏成等發(fā)現美人蕉、蘆葦和旱傘草組合系統對污染物的COD、BOD、TN和TP去除明顯高于單一植物構成的處理單元。

  2.4 根系分泌物的促進(jìn)降解作用和抑藻作用

  浮床植物在生長(cháng)過(guò)程中能夠分泌有機酸、糖類(lèi)、氨基酸、酶等,根系分泌物能夠促進(jìn)污染物的降解。一方面根系分泌物能夠改變植物根際物理、化學(xué)及生物學(xué)特性,如有機酸通過(guò)對根際難溶性養分的pH變化、配位交換及還原作用等提高了根際養分的有效性,增加了植物對根際氮、磷營(yíng)養元素的吸收,在植物根際微生態(tài)系統中物質(zhì)遷移和調控起了重要的作用,從而促進(jìn)了浮床植物對生活污水中污染物的降解。吳振斌等研究水生植物根際脲酶的活性與污水凈化效果的關(guān)系,結果發(fā)現脲酶的活性與總氮的去除率具有顯著(zhù)正相關(guān)關(guān)系。江福英等發(fā)現美人蕉、香蒲、垂穗莎草、玉帶草的根際比非根際能夠分泌更多的酶脲酶、磷酸酶、硝酸還原酶、亞硝酸還原酶等。另一方面根系分泌物創(chuàng )造了植物根際特殊的微環(huán)境,同時(shí)為微生物的生長(cháng)提供碳源等營(yíng)養和能量物質(zhì),在生活污水充足的氮、磷等條件下促進(jìn)了根際微生物的種類(lèi)和數量的大量增加,微生物的生長(cháng)和代謝活動(dòng)促進(jìn)了植物根際對生活污水中污染物質(zhì)的降解。另外根系分泌物還具有一定的抑藻作用,在減少藻類(lèi)的生長(cháng)防止水體富營(yíng)養化方面起到一定的作用。NAKAI等研究發(fā)現浮床植物旱傘草、風(fēng)車(chē)草及美人蕉的根系分泌物能夠抑制藍綠藻的大量生長(cháng),黃花鸞尾、金錢(qián)蒲、水燭、水蔥和蘆葦根系等能夠分泌抑制銅綠微囊藻生長(cháng)的物質(zhì),以及水燭、水蔥和蘆葦根系分泌能夠抑制藍綠藻生長(cháng)的物質(zhì)。

  3、生態(tài)浮床植物的篩選

  生態(tài)浮床對生活污水中氮、磷等營(yíng)養物質(zhì)的吸收作用、根系附著(zhù)微生物對污染物的降解能力,與植物的種類(lèi)、生長(cháng)速度、生物量的大小、光合作用、呼吸作用及向水體泌氧能力等密切相關(guān)。浮床凈化的主體是浮床植物,因此生態(tài)浮床植物的篩選非常重要。植物篩選時(shí)需要考慮的因素主要有以下4個(gè)方面。

  3.1 選擇去污效果好、耐污染能力強的植物

  生態(tài)浮床主要目的是去除生活污水中的氮、磷等污染物質(zhì),因而選擇去污效果好、耐污染能力強的植物作為首選植物。目前主要常用的浮床植物有水雍菜、空心蓮子草、狐尾藻等。這些植物通常具有發(fā)達的根系,生長(cháng)速度快,生物量大。

  3.2 選擇具有一定景觀(guān)效果的植物

  生態(tài)浮床在處理生活污水的同時(shí)還選擇具有一定景觀(guān)效果的植物進(jìn)行搭配,起到美化環(huán)境的作用。常用的景觀(guān)植物有水生美人蕉、菖蒲、鳶尾等。

  3.3 選擇具有一定經(jīng)濟價(jià)值的植物

  浮床植物在處理生活污水后,為防止植物腐爛后帶來(lái)二次污染,其后續處理也是植物選擇的一個(gè)重要條件。選擇具有一定的食用價(jià)值、藥用價(jià)值、觀(guān)賞價(jià)值等經(jīng)濟價(jià)值的植物更容易被人們接受。常用于生態(tài)浮床的經(jīng)濟價(jià)值的植物有水雍菜、水芹、澤瀉等。

  3.4 選擇能夠在冬季生長(cháng)的植物進(jìn)行組合配置

  植物生長(cháng)具有明顯的季節性,大多數植物在冬季枯萎死亡,使生態(tài)浮床處理生活污水不能常年穩定的運行,因而考慮秋冬季節溫度低、生態(tài)浮床植物的越冬問(wèn)題,常選擇冬季能夠生長(cháng)的植物進(jìn)行組合配置,常用的植物種類(lèi)有西伯利亞鳶尾、酸模、水芹等。根據當地的氣候特點(diǎn)和生活污水的處理要求選擇合適的植物組合作為生態(tài)浮床植物,如果主要考慮生活污水的去污效果常選用“狐尾藻+酸模”組合模式等;如主要考慮生態(tài)浮床與周邊環(huán)境協(xié)調、美化環(huán)境等景觀(guān)效果則可以選用“美人蕉+常綠鳶尾”組合模式等;如主要考慮浮床植物的經(jīng)濟效益常用“水雍菜+水芹”組合模式,具體選用什么類(lèi)型的植物組合方式可以根據實(shí)際情況,因地制宜選擇適應當地環(huán)境、去污能力強的植物作為備選植物。

  4、結論

  生態(tài)浮床技術(shù)逐漸被廣泛用于農村生活污水處理工程中,根據浮床植物在生活污水處理中的功能作用、生活污水的特點(diǎn)及周邊環(huán)境協(xié)調的要求,因地制宜選用去污能力強、具有一定的景觀(guān)效果和經(jīng)濟效益的植物進(jìn)行組合構建生態(tài)浮床,同時(shí)考慮植物生長(cháng)的季節特點(diǎn)使生態(tài)浮床在農村生活污水處理中發(fā)揮巨大的作用。

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