人工濕地凈化系統(tǒng)是根據(jù)自然濕地能凈化污水的原理,由人工建造的、模擬自然濕地結(jié)構(gòu)與功能的復(fù)合體,利用系統(tǒng)中基質(zhì)、水生植物、微生物的物理、化學(xué)、生物三重協(xié)同作用,通過過濾、吸附、沉淀、離子交換、植物吸收和微生物分解來實現(xiàn)對污水的高效凈化。人工濕地因其運行費用低、處理效果穩(wěn)定、出水水質(zhì)好等優(yōu)點,在國內(nèi)外已被廣泛應(yīng)用于生活污水、工業(yè)廢水、農(nóng)業(yè)以及畜牧業(yè)等各類污水的處理,特別是在含氮廢水的處理方面,人工濕地可發(fā)揮顯著的優(yōu)勢。
隨著水力停留時間的延長,人工濕地對總氮和硝態(tài)氮的去除效率逐漸增大,說明水力停留時間越長,微生物硝化、反硝化越徹底,脫氮效果越好;當(dāng)水力停留時間達(dá)到5 d時,各處理下人工濕地對總氮的去除效率都達(dá)到90%以上,對硝態(tài)氮的去除效率都達(dá)到95%以上,隨著水力停留時間的繼續(xù)增加,總氮和硝態(tài)氮的去除效率基本保持穩(wěn)定。比較不同處理組可知,加鐵處理的人工濕地對總氮的去除效率整體上高于對照組,其中,高濃度鐵(50 mg/L)處理組的去除效率優(yōu)于低濃度鐵(25 mg/L)處理組。特別是在系統(tǒng)運行的前3 d,加鐵處理對氮元素去除的促進(jìn)作用表現(xiàn)的尤為明顯。
加入鐵源的人工濕地對總氮和硝態(tài)氮的去除效率高于對照組,主要是由于在人工濕地系統(tǒng)中,鐵元素與氮元素發(fā)生了耦合作用,加快了硝化、反硝化過程,從而促進(jìn)了氮的去除。由圖2可知,隨著水力停留時間的延長,人工濕地系統(tǒng)內(nèi)部水體氧化還原電位雖然出現(xiàn)了先降低后升高的變化,但系統(tǒng)仍然處于氧化環(huán)境條件,在氧化環(huán)境下,F(xiàn)e2+極易被水體中的氧和NO3-氧化為Fe3+,而在微生物作用下,F(xiàn)e3+可以氧化銨態(tài)氮,促進(jìn)系統(tǒng)的硝化過程。此外,水中鐵的氧化產(chǎn)物(Fe2O3)是重要的化學(xué)催化劑,能加快硝化作用的進(jìn)行。除了與氮的直接耦合作用外,鐵還可能通過刺激硝化、反硝化細(xì)菌的繁殖,間接促進(jìn)氮的硝化反硝化過程。因此,加入鐵源以后,人工濕地對氮元素的去除效率得到強化。
外源鐵補給可以促進(jìn)潛流人工濕地對總氮和硝態(tài)氮的去除效率,以及上層人工濕地對銨態(tài)氮的去除效率,且高濃度鐵的促進(jìn)作用強于低濃度鐵;但外源鐵輸入后抑制下層人工濕地對銨態(tài)氮的去除。
潛流人工濕地系統(tǒng)中的可溶性總鐵、Fe2 +和Fe3+濃度在實驗運行初期迅速下降;上層人工濕地水體中的Fe2+濃度低于下層人工濕地,而上層人工濕地中可溶性總鐵和Fe3+濃度高于下層人工濕地。
隨著水力停留時間的增加,潛流人工濕地水體pH總體上先升高后下降,而氧化還原電位則先下降后升高。加鐵處理的人工濕地水體?pH?總體低于對照組,且加鐵處理組人工濕地下層水體的pH低于上層;而加鐵處理組的氧化還原電位高于對照組,且加鐵處理組的人工濕地下層水體的氧化還原電位高于上層。