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人工濕地脫氮的機(jī)理及其主要影響因素
1.1脫氮機(jī)理
人工濕地中的氮通過(guò)微生物的氨化、硝化與反硝化作用，植物的吸收，基質(zhì)的吸附、過(guò)濾、沉淀等途徑去除。其中氨化、硝化與反硝化作用是去除氮的主要途徑，其基本條件是濕地中存在大量的氨化菌、硝化菌、反硝化菌和適當(dāng)?shù)臐竦赝寥拉h(huán)境條件。
氨氮可被植物直接攝取，合成植物蛋白質(zhì)與有機(jī)氮后，再通過(guò)植物的收割從濕地系統(tǒng)中除去。濕地植物根毛的輸氧及傳遞特性，使根系周圍連續(xù)呈現(xiàn)好氧、缺氧及厭氧狀態(tài)，相當(dāng)于許多串聯(lián)或并聯(lián)的處理單元，使硝化和反硝化作用可以在濕地系統(tǒng)中同時(shí)進(jìn)行。
基質(zhì)是人工濕地*的組成部分，它為人工濕地中微生物的生長(zhǎng)提供穩(wěn)定的依附表面，為水生植物提供生長(zhǎng)載體和營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，同時(shí)，基質(zhì)本身對(duì)污水凈化也有重要的作用。
1.2影響脫氮的主要因素
1.2.1基質(zhì)
不同基質(zhì)類型對(duì)脫氮效果的影響不同。WendongTao等研究發(fā)現(xiàn)，石灰石基質(zhì)和鋪路石對(duì)氨氮和TN的去除效果無(wú)太大差別，但是石灰石基質(zhì)能夠增大亞硝酸鹽的含量，將其zui高質(zhì)量濃度從3.6mg/L增加到4.7mg/L，從而更有利于厭氧氨氧化，提高對(duì)氮的去除率。
有研究表明：在相同進(jìn)水水質(zhì)和水力負(fù)荷條件下，頁(yè)巖填料對(duì)COD、TN、TP去除效果，zui高去除率可分別達(dá)到60%、80%、85%，其次為頁(yè)巖與粗礫石組合填料，麥飯石去除效果較差。
周煒等的試驗(yàn)結(jié)果表明，在8月份，沸石床復(fù)合流人工濕地NH4+-N去除率在95%左右，TN去除率接近80%，硝態(tài)氮去除率在96%左右;而爐渣和礫石人工濕地與沸石床相比，除出水硝態(tài)氮無(wú)太大變化外(約為80%~90%)，NH4+-N和TN的去除率較低，約為10%、50%。
此外，一般來(lái)說(shuō)，分層的基質(zhì)要比不分層的處理效果好。研究表明，不同粒徑分層級(jí)配基質(zhì)對(duì)COD的去除率均高于單一粒徑基質(zhì)，其中分層級(jí)配生物陶粒對(duì)COD的平均去除率高達(dá)72.91%。分層級(jí)配沸石對(duì)TN的凈化能力較單一粒徑基質(zhì)有所提高，平均去除率高達(dá)91.23%。
地埋式醫(yī)院污水處理成套設(shè)備人工濕地除磷的機(jī)理及其主要影響因素
2.1除磷機(jī)理
人工濕地通過(guò)水生植物、基質(zhì)和微生物的共同作用來(lái)完成對(duì)磷的去除。研究證明，人工濕地中基質(zhì)對(duì)磷的去除是主要途徑，包括物理去除和化學(xué)沉淀去除兩大過(guò)程。
無(wú)機(jī)磷也是植物必需的營(yíng)養(yǎng)元素，廢水中無(wú)機(jī)磷可被植物吸收利用組成*、核酸及ATP等，然后通過(guò)植物的收割而移去。
微生物對(duì)磷的去除包括對(duì)磷的正常同化和過(guò)量積累。由于人工濕地系統(tǒng)中植物光合作用光反應(yīng)、暗反應(yīng)交替進(jìn)行，根毛輸氧也交替出現(xiàn)，以及系統(tǒng)內(nèi)部不同區(qū)域?qū)ρ跸牧看嬖诓町?，從而?dǎo)致系統(tǒng)中好氧和厭氧情況交替出現(xiàn)，使磷的過(guò)量釋放和過(guò)量積累得以順利完成。國(guó)內(nèi)外關(guān)于有機(jī)物親疏水性對(duì)膜污染的影響研究數(shù)不勝數(shù)。A. W. Zularisam 等的研究表明，有機(jī)物的親疏水性與膜污染之間有很大關(guān)系。L. Fan等將有機(jī)物分離成強(qiáng)疏水性、弱疏水性、極性親水性和中性親水性有機(jī)物，并考察了其對(duì)膜污染的影響。實(shí)驗(yàn)表明，中親水性有機(jī)物是造成膜污染的主要因素。Jixiang Yang 等的研究表明，引起膜污染的有機(jī)物主要是親水性有機(jī)物。但J. A. Nilson 等的研究卻得到相反的結(jié)果，研究中發(fā)現(xiàn)，疏水性有機(jī)物是引起膜污染的主要因素，而親水性有機(jī)物對(duì)膜通量的影響不大。Y. Chen 等研究認(rèn)為，引起膜通量快速下降的主要因素是大分子質(zhì)量疏水性有機(jī)物。
綜上所述，引起膜污染的主要原因是有機(jī)物，但是水中存在的鈣離子等無(wú)機(jī)離子能加速有機(jī)物對(duì)膜的污染，而懸浮物的存在能減緩有機(jī)物對(duì)膜的污染。因此要根據(jù)水中離子含量，綜合考慮各種成分的相互作用，確定引起膜污染的主要因素，提出具有針對(duì)性的方案恢復(fù)膜通量。
2 膜類型對(duì)膜污染的影響
膜技術(shù)應(yīng)用的關(guān)鍵是篩選合適的膜材料，不同材料、結(jié)構(gòu)和孔徑的膜具有不同的處理效果、產(chǎn)水通量、產(chǎn)水水質(zhì)和使用壽命。膜材料的表面能、極性、荷電性、化學(xué)結(jié)構(gòu)、親疏水性等影響著膜污染。目前的膜材料主要是聚偏氟乙烯、聚乙烯、聚砜、聚醚砜等。
A. Drews的研究表明，膜污染與超濾膜性質(zhì)尤其是膜表面親疏水性有很大關(guān)系。親水性好的膜材料抗污染能力強(qiáng)。R. H. Sedath 等通過(guò)添加陰離子、表面活性劑及表面氟化等方式提高膜表面親水性，使膜污染得到明顯降低。K. H. Choo 等通過(guò)含氟聚合物、聚砜及纖維素3 種不同的膜材料，研究吸附在膜表面的物質(zhì)的表面自由能的變化時(shí)發(fā)現(xiàn)，含氟聚合物的疏水性小并且造成的膜污染小。Guojun Zhang 等在研究聚偏氟乙烯、聚丙烯腈和聚砜超濾膜處理污泥樣品過(guò)程中的污染情況時(shí)發(fā)現(xiàn)，污染嚴(yán)重的是表面粗糙和疏水性強(qiáng)的聚砜膜。
孔徑分布窄的超濾膜的篩分作用較強(qiáng)，過(guò)濾性能優(yōu)異，隨著孔徑的增加，膜通量會(huì)迅速提高，但是孔隙率增大，膜內(nèi)吸附隨之增強(qiáng)，膜污染加劇。膜孔的曲折率越小，膜通量就會(huì)越大。金康鵬等通過(guò)研究發(fā)現(xiàn)，孔徑小的超濾膜容易形成濾餅層從而降低膜孔內(nèi)污染。由于污染物容易進(jìn)入到孔徑大的膜孔內(nèi)部引起內(nèi)孔污染，因此相對(duì)于孔徑小的超濾膜，孔徑大的超濾膜膜表面的污染物較少。
操作條件對(duì)膜污染的影響
超濾分離過(guò)程中操作壓差、操作時(shí)間、操作溫度、膜面流速等操作條件對(duì)超濾膜污染的影響不容忽視。適當(dāng)?shù)牟僮鲏毫Α⑤^大的線流速能減緩濾餅層的形成，控制流體穩(wěn)定性和在次臨界流量條件下運(yùn)行均可減緩膜污染。
1 操作壓差
Xianghua Zhen 等的研究表明，在超濾分離過(guò)程中，未受污染的膜，濃差極化作用可忽略，膜通量與壓力成正比;隨著過(guò)濾過(guò)程的進(jìn)行，膜表面濾餅層逐漸形成而引起膜污染，并且隨壓力的增大，膜通量的增加變慢。沈飛等的研究表明，在低于臨界壓力的條件下進(jìn)行超濾操作有利于減緩膜污染。因此超濾時(shí)，應(yīng)根據(jù)實(shí)驗(yàn)臨界通量確定適宜的操作壓差，以降低膜污染的速率。
2 操作時(shí)間
在超濾分離過(guò)程中，隨著運(yùn)行時(shí)間的延長(zhǎng)，在濃差極化等作用下，膜表面會(huì)形成污染層并且堵塞膜孔，導(dǎo)致膜通量下降。因此需要根據(jù)水質(zhì)狀況、膜清洗狀況等因素來(lái)確定運(yùn)行周期的長(zhǎng)短。
3 操作溫度
趙立合等的研究表明，溫度變化會(huì)引起料液黏度改變，進(jìn)而影響膜通量。隨著溫度的升高，料液黏度下降，擴(kuò)散系數(shù)增加，從而降低了濃差極化的影響，有利于膜通量的增加。但是溫度升高也會(huì)改變料液的其他性質(zhì)，使料液中某些組分的溶解度下降，使污染加劇。研究表明，改變溫度會(huì)影響膜面以及膜孔與料液中污染物的相互作用，使膜通量發(fā)生改變。
4 膜面流速
H. Ma 等的研究表明，適當(dāng)?shù)哪っ媪魉倏墒鼓z層變薄，阻力下降，從而減小濃差極化的影響，使膜通量提高。當(dāng)膜面流速超過(guò)臨界值后，濃差極化作用顯著，剪切力增大，使得污染物變形而被擠入膜孔導(dǎo)致膜通量降低。改變料液的流動(dòng)狀態(tài)有助于提高膜的分離效率，因此應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況確定合適的膜面流速，有效地減弱濃差極化作用，提高膜的抗污染能力，從而提高膜分離效率同時(shí)延長(zhǎng)膜的壽命。水質(zhì)基準(zhǔn)主要建立在對(duì)污染物的環(huán)境生態(tài)毒理學(xué)及水質(zhì)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的研究基礎(chǔ)上，應(yīng)該包含兩大類內(nèi)容，一是水質(zhì)生態(tài)基準(zhǔn)，二是水質(zhì)人體健康基準(zhǔn)。
水質(zhì)生態(tài)基準(zhǔn)就是指如藻、溞、魚(yú)、蝦、螺等水生態(tài)系統(tǒng)的生物生活在水環(huán)境中是否安全正常；水體中營(yíng)養(yǎng)物是短缺還是過(guò)多；水底沉積物如底泥中污染物的毒性如何等。人體健康基準(zhǔn)一般包括人的感官、娛樂(lè)（游泳、劃船）用水是否健康安全，還有人體飲水或食用水生物是否存在短期或*的毒性風(fēng)險(xiǎn)等。
