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生態浮床處理農村生活污水

來源:建樹環保 2022-09-13 09:45:30 84

  生態浮床是20世紀80年代在德國發明并被廣泛推廣應用的人工濕地技術,對污染物的去除效果好,尤其在富營養化水體治理中具有獨特的優勢。生態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固定的區域生長,由此植物通過發達的根系吸收水吸收氮、磷等營養物質,降低化學需氧量(COD);同時人工營造一個各種動物、微生物良好的生長環境,為動物、微生物的大量生長繁殖及降解水體的污染物質創造必要的條件;另外浮床植物的生長能抑制藻類大量生長防止水體富營養化,提高水體的自凈能力。目前生態浮床技術已經廣泛應用于包括農村生活污水處理、城市景觀水體建設、農村養殖廢水及富營養水體治理等各方面。浮床植物是利用生態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、凈化生活污水的機理及凈化效果等對于建設生態浮床的成敗與否具有重要的意義。

  1、生態浮床處理生活污水的優勢

  1.1 生態浮床是一種高效的污染水體修復和治理的技術

  生態浮床是一種植物、動物和微生物生存繁衍的載體,浮床植物通過發達的根系一方面吸收或吸附水體中的污染物質,另一方面通過泌氧、根系分泌物等促進了動物和微生物大量生長,通過吸收、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 生態浮床建設成本低

  生態浮床在污染水體中進行原位構建,不需要占用其它土地,減少了建造的成本;同時載體材料多為抗氧化性材質,材料來源廣,價格成本低,經久耐用更換時間長;密度小質量輕,制作簡單便于運輸和組裝,從而使生態浮床的投資少,建設成本低。

  1.3 生態浮床運行管理費用少,低能耗

  生態浮床無需專業的機械設備以及化學藥劑的投入,大大的減少費用開支;同時還能夠自動適應動態變化的水位,運行性能穩定,可以減少動力、能源的消耗,降低了運行成本;生態浮床日常維護簡單,無需投人大量的人力成本進行管理。

  1.4 生態浮床能產生一定的經濟價值

  利用生態浮床種植水生經濟作物獲得一定經濟收入,同時還能夠與水生生物及微生物處于一個良好的自然生態平衡環境,生物種類多樣性,水體活性好,水生生物的產量和質量都得到提高,產生的經濟價值就越大,從另一個角度也就降低了生活污水的治理成本和維護費用。

  1.5 生態浮床具有景觀效果

  生態浮床應用于修復生活污水,將水體修復和景觀設計相結合對所處水體環境破壞小,同時改變了原來周邊環境的整體印象,美化了當地的水域環境,提升了周圍生活和工作的環境。

  2、生態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養化的主要物質,同時也是植物生長和繁殖所必需的營養元素,植物通過吸收轉化這些可利用的營養物質如物質銨態氮、速效磷等轉變為植物體的組成部分。浮床植物吸收生活污水中銨態氮和硝態氮,銨態氮和硝態氮在植物體內進行轉化形成氨基酸等含氮化合物,最后通過同化作用轉化為植物體的組成部分,通過植物的收割從生活污水處理系統中去除。磷是植物生長需要的大量元素之一,以正磷酸鹽的形式被植物主動吸收,合成植物的ATP等構成植物體的組成部分被固定下來。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氮的去除率的污水凈化試驗,結果發現各植物對總氮和銨態氮的去除率高達80%~90%。定期對浮床植物進行收割不僅可以從生活污水中帶走氮、磷等營養元素,同時回收的植物還有一定經濟價值,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會被浮床植物根系吸附,從而降低了污染物質的濃度使生活污水得以凈化口。植物對污染物質吸附量的多少與植物根系生物量與形態有著密切的關系,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進行吸附試驗,結果發現浮床植物吸附固體物質的能力達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達的通氣組織,其莖和根部的細胞間相互貫通形成一個通氣系統,植物葉片通過光合作用產生的氧氣可以通過這個系統運送到根部,從而改變浮床植物根部的氧化還原條件。植物根系周圍構成好氧區、兼氧區和厭氧區,不同的根系環境條件下生活污水中的污染物質轉化程度不同,多樣化的條件有利于污染物質的分解。付融冰等構建蘆葦濕地處理富營養化的河水時發現蘆葦根系泌氧從而使根系表面的氧化能力顯著高于周邊水體。水生植物根系的好氧區硝化亞硝化作用,同時其厭氧區反硝化作用,為污染物質的多樣化降解提供了必要場所。凌云等發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的降解與浮床植物根系微生物的吸收轉化有很大的關系。浮床植物發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污染物提供良好的載體。浮床植物根系區域微生物的種類和數量大于非根際區域,此區域為微生物的生存和生長繁殖提供了附著基質和棲息場所。大量的微生物一方面通過吸收同化降解污染物質轉化自身的生物組成部分。如周元清等發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細菌種類和數量非常多,主要通過水芹的吸收同化和氮循環細菌的生物脫氮降低污染水體的氮含量。微生物對污染物質的降解另一個方面是通過微生物自身的活動完成脫氮除磷的過程,如氮的去除主要靠微生物的硝化與反硝化作用來完成。植物根系泌氧在根系周圍形成好氧區、兼氧區、厭氧區的微環境,相應生長和繁殖對應的各種好氧、兼氧、厭氧的微生物。唐瑩瑩等研究發現空心菜根際的氮循環細菌、硝化菌、氧化菌、亞硝化菌等的數量和種類明顯高于空白對照,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浮床可以提高根際微生物群落的多樣性,促進了生態浮床對污染物質降解,如魏成等發現美人蕉、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 根系分泌物的促進降解作用和抑藻作用

  浮床植物在生長過程中能夠分泌有機酸、糖類、氨基酸、酶等,根系分泌物能夠促進污染物的降解。一方面根系分泌物能夠改變植物根際物理、化學及生物學特性,如有機酸通過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、磷營養元素的吸收,在植物根際微生態系統中物質遷移和調控起了重要的作用,從而促進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系,結果發現脲酶的活性與總氮的去除率具有顯著正相關關系。江福英等發現美人蕉、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造了植物根際特殊的微環境,同時為微生物的生長提供碳源等營養和能量物質,在生活污水充足的氮、磷等條件下促進了根際微生物的種類和數量的大量增加,微生物的生長和代謝活動促進了植物根際對生活污水中污染物質的降解。另外根系分泌物還具有一定的抑藻作用,在減少藻類的生長防止水體富營養化方面起到一定的作用。NAKAI等研究發現浮床植物旱傘草、風車草及美人蕉的根系分泌物能夠抑制藍綠藻的大量生長,黃花鸞尾、金錢蒲、水燭、水蔥和蘆葦根系等能夠分泌抑制銅綠微囊藻生長的物質,以及水燭、水蔥和蘆葦根系分泌能夠抑制藍綠藻生長的物質。

  3、生態浮床植物的篩選

  生態浮床對生活污水中氮、磷等營養物質的吸收作用、根系附著微生物對污染物的降解能力,與植物的種類、生長速度、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。浮床凈化的主體是浮床植物,因此生態浮床植物的篩選非常重要。植物篩選時需要考慮的因素主要有以下4個方面。

  3.1 選擇去污效果好、耐污染能力強的植物

  生態浮床主要目的是去除生活污水中的氮、磷等污染物質,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達的根系,生長速度快,生物量大。

  3.2 選擇具有一定景觀效果的植物

  生態浮床在處理生活污水的同時還選擇具有一定景觀效果的植物進行搭配,起到美化環境的作用。常用的景觀植物有水生美人蕉、菖蒲、鳶尾等。

  3.3 選擇具有一定經濟價值的植物

  浮床植物在處理生活污水后,為防止植物腐爛后帶來二次污染,其后續處理也是植物選擇的一個重要條件。選擇具有一定的食用價值、藥用價值、觀賞價值等經濟價值的植物更容易被人們接受。常用于生態浮床的經濟價值的植物有水雍菜、水芹、澤瀉等。

  3.4 選擇能夠在冬季生長的植物進行組合配置

  植物生長具有明顯的季節性,大多數植物在冬季枯萎死亡,使生態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、生態浮床植物的越冬問題,常選擇冬季能夠生長的植物進行組合配置,常用的植物種類有西伯利亞鳶尾、酸模、水芹等。根據當地的氣候特點和生活污水的處理要求選擇合適的植物組合作為生態浮床植物,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;如主要考慮生態浮床與周邊環境協調、美化環境等景觀效果則可以選用“美人蕉+常綠鳶尾”組合模式等;如主要考慮浮床植物的經濟效益常用“水雍菜+水芹”組合模式,具體選用什么類型的植物組合方式可以根據實際情況,因地制宜選擇適應當地環境、去污能力強的植物作為備選植物。

  4、結論

  生態浮床技術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、生活污水的特點及周邊環境協調的要求,因地制宜選用去污能力強、具有一定的景觀效果和經濟效益的植物進行組合構建生態浮床,同時考慮植物生長的季節特點使生態浮床在農村生活污水處理中發揮巨大的作用。

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