人工濕地凈化系統是根據自然濕地能凈化污水的原理,由人工建造的、模擬自然濕地結構與功能的復合體,利用系統中基質、水生植物、微生物的物理、化學、生物三重協同作用,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對污水的高效凈化。人工濕地因其運行費用低、處理效果穩定、出水水質好等優點,在國內外已被廣泛應用于生活污水、工業廢水、農業以及畜牧業等各類污水的處理,特別是在含氮廢水的處理方面,人工濕地可發揮顯著的優勢。
隨著水力停留時間的延長,人工濕地對總氮和硝態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;當水力停留時間達到5 d時,各處理下人工濕地對總氮的去除效率都達到90%以上,對硝態氮的去除效率都達到95%以上,隨著水力停留時間的繼續增加,總氮和硝態氮的去除效率基本保持穩定。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于低濃度鐵(25 mg/L)處理組。特別是在系統運行的前3 d,加鐵處理對氮元素去除的促進作用表現的尤為明顯。
加入鐵源的人工濕地對總氮和硝態氮的去除效率高于對照組,主要是由于在人工濕地系統中,鐵元素與氮元素發生了耦合作用,加快了硝化、反硝化過程,從而促進了氮的去除。由圖2可知,隨著水力停留時間的延長,人工濕地系統內部水體氧化還原電位雖然出現了先降低后升高的變化,但系統仍然處于氧化環境條件,在氧化環境下,Fe2+極易被水體中的氧和NO3-氧化為Fe3+,而在微生物作用下,Fe3+可以氧化銨態氮,促進系統的硝化過程。此外,水中鐵的氧化產物(Fe2O3)是重要的化學催化劑,能加快硝化作用的進行。除了與氮的直接耦合作用外,鐵還可能通過刺激硝化、反硝化細菌的繁殖,間接促進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潛流人工濕地對總氮和硝態氮的去除效率,以及上層人工濕地對銨態氮的去除效率,且高濃度鐵的促進作用強于低濃度鐵;但外源鐵輸入后抑制下層人工濕地對銨態氮的去除。
潛流人工濕地系統中的可溶性總鐵、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。