人工湿地生态系统对高速公路服务设施生活污水处理研究

摘要

我国已经进入高速公路建设的高峰期,高速公路一般穿行于多座城市之间,里程较长,每隔一定距离会设置管理服务设施,包括收费站、养护工区、隧道监控中心和服务区等。由于高速公路服务设施污水量少,大多采用化粪池处理后外排,水质一般不达标,对化粪池的出水进行后续处理,是本研究的主题。本研究采用人工湿地对高速公路服务设施化粪池的出水进一步处理,分析人工湿地对高速公路服务设施废水处理的效果。人工湿地对高速公路服务设施废水的处理进行了以下实验研究:温度变化对人工湿地系统内污染物净化效果的影响；水力停留时间对污染物净化效果的影响；不同植物对各态氮去除效果的对比；湿地中微生物的生长状况以及与污染物去除的关系；不同植物的湿地微生物生长数量与污染物去除效率的关系；N、P元素在人工湿地系统内的沿程浓度变化以及N、P元素在人工湿地填料中的累积。主要研究成果及结论如下:
　　 ⑴温度对人工湿地中有机物和总氮的去除影响较明显,当温度在20～28℃是,去除率则无明显变化,CODcr的去除率约在70％；总氮的出水夏季明显好于冬季；磷的去除大部分是通过基质的吸附作用,温度影响聚磷菌对磷的去除,所以温度对磷去除仍有影响。
　　 ⑵通过各种污染物在不同水力停留时间影响下去除率的分析,得出去除率随停留时间的延长而增加,但CODcr最佳水力停留时间为5d,当停留时间继续延长时,CODcr去除率开始下降。氨氮的最佳水力停留时间为6d,停留时间增加到7d以后,氨氮的去除率又随着停留时间的延长而降低,这是因为停留时间过长,系统处于严重缺氧状态,抑制了硝化作用,导致去除率下降。磷在水力停留时间7d时去除率达到最大值。
　　 ⑶垂直流人工湿地系统较水平流人工湿地系统对污染物的去除率高。
　　 ⑷对人工湿地不同植物的对比实验得出,芦苇对氮的去除效率高于香蒲。
　　 ⑸基质微生物含量分析中得出芦苇湿地系统的10～20cm层面微生物含量最多,湿地系统中此层面是主要的反应层,其层面的微生物多少从侧面证明芦苇湿地的去除率要高于其他类型的湿地系统。
　　 ⑹从1号采样点到4号,水体中的N、P浓度逐渐地降低,这说明废水中的N、P可能进入了土壤或植物中,也有可能被微生物分解。相对于对照组(无植物系统),有植物系统的N的去除率明显的减少,而P的去除率相对变化不大,因为植物和依附于植物的微生物对磷的去除贡献不大。
　　 ⑺分析种植芦苇、香蒲和没有种植植物的水平流湿地系统土壤中的N、P元素,得出土壤基质中的N、P浓度分别在95.2～193.7 mg/L和7.6～10.73mg/L之间,随着土壤剖面的深度增加而营养元素减少。芦苇和香蒲湿地的不同元素含量不同,因为不同的植物对不同的营养元素的摄取量不同,但是同样在植物根系附近采样的N、P含量都是相对于其他地方最高的,因为是湿地基质中的营养元素一部分来自植物的凋落,才会导致水平流的营养元素含量从表层到底层逐渐递减。