人工濕地是一種新型的污水處理技術,因其具有運行費用低、投資少、景觀性強及人工維護少等優點已經被廣泛的應用于各種污水的處理。潮汐流人工濕地是一種新型的污水處理技術,作為人工濕地的重要組成部分,基質的合理選擇能夠直接影響人工濕地的運行效果。

試驗采用兩種生物炭,分別由雞糞和玉米秸稈制成。雞糞取自某養殖場,玉米秸稈取自某農田。雞糞和玉米秸稈收集后,用粉碎機進行破碎并進行篩分去除≥10mm的物質,然后放置在70℃烘烤箱中烘烤24h。烘烤后分別裝入坩堝類器皿并放入馬弗爐在500℃下高溫分解4h,溫升速率為100℃·h-1。高溫分解后的雞糞和玉米秸稈放入粉碎機進行破碎,并用不銹鋼篩網進行篩分。石灰石購于某填料廠,石灰石用蒸餾水進行清洗3次后自然風干,并用不銹鋼篩網進行篩分。

人工濕地試驗裝置如圖1所示,共設置3套,1套裝填雞糞生物炭填料(CW1),一套裝填玉米秸稈生物炭填料(CW2),另外一套裝填石灰石填料(CW3)作為對照組。反應器由有機玻璃制成,直徑36cm,高130cm,有效容積為52L。反應器內部從下往上依次裝設高150cm的鵝卵石(粒徑30-50mm)、250cm的沸石(粒徑15-25mm)、600cm的生物炭或石灰石(粒徑5-10mm)和150cm的石英砂(粒徑1-5mm),超高10cm。濕地植物選擇燈芯草。

在人工濕地中,磷的去除主要通過基質吸附、化學沉淀、微生物同化和植物吸收的作用來實現。3組人工濕地均存在植物吸收作用,另本試驗底物采用生活污水,可生化性好,3組人工濕地微生物代謝活動較強,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。

同一基質在200mm高度的微生物量均高于400mm,這是因為在排水階段,帶進的氧氣向下擴散阻力較大,導致上層的溶解氧濃度高于下層,從而上層的微生物量較下層更豐富。本研究人工濕地基質不同空間位置的微生物量存在差異且上層高于下層這一結果,與付融冰等及孔令華等的研究結果一致。

雞糞生物炭基質和玉米秸稈生物炭基質的潮汐流人工濕地對生活污水的處理效果高于石灰石基質的潮汐流人工濕地,淹沒/排水比的縮短(由8h/4h改為4h/8h)能提高人工濕地的運行性能(PO43–P去除率除外)。在淹沒/排水比4h/8h下,玉米秸稈生物炭基質的人工濕地處理性能最高。