利用間歇曝氣和過(guò)氧硫酸氫鉀鈉鹽分別控制復(fù)合垂直流人工濕地的甲烷排放研究.pdf

1、人工濕地已被看成是甲烷(CH4)的排放源之一，但卻是處理農(nóng)村非點(diǎn)源生活污水的有效方法。甲烷是一種溫室氣體，甲烷對(duì)溫室效應(yīng)也有巨大貢獻(xiàn)，其作用僅次于二氧化碳(CO2)。因此，控制人工濕地甲烷排放的研究對(duì)保護(hù)生態(tài)環(huán)境具有重要意義。
　　本研究在前期課題研究結(jié)果基礎(chǔ)上進(jìn)一步對(duì)垂直流人工濕地處理農(nóng)村非點(diǎn)源生活污水過(guò)程中甲烷排放進(jìn)行調(diào)控。垂直流人工濕地（長(zhǎng)×寬×高）為3600mm×1200mm×1200mm，由進(jìn)水池和出水池組成，人工濕地內(nèi)

2、部鋪設(shè)三層基質(zhì)，人工濕地栽種植物為風(fēng)車草。不僅構(gòu)建了風(fēng)能、太陽(yáng)能混合發(fā)電系統(tǒng)，在前期課題研究的最優(yōu)曝氣條件下，以風(fēng)能、太陽(yáng)能混合發(fā)電系統(tǒng)為電源，對(duì)復(fù)合垂直流人工濕地進(jìn)行曝氣擬控制甲烷排放。而且，并行分別添加31.25g、62.5g、125g、250g和500g過(guò)氧硫酸氫鉀鈉復(fù)合鹽(PMS:Potassium peroxymonosulfate)調(diào)節(jié)復(fù)合垂直流人工濕地水體的氧化還原電位(Eh)進(jìn)行甲烷排放的控制。還同步測(cè)定了曝氣和加PMS

3、兩種方法控制下垂直流人工濕地甲烷排放和水質(zhì)變化情況，從而選出甲烷排放少和污水去除效果好的控制方法，為節(jié)能減排提供依據(jù)，研究結(jié)果表明:
　　(1)當(dāng)分別添加31.25g、62.5g、125g、250g和500g PMS于垂直流人工濕地時(shí)，垂直流人工濕地系統(tǒng)甲烷平均排放通量分別為0.342、0.989、1.411、0.824和1.214mol/m2/day，對(duì)應(yīng)的以風(fēng)能、太陽(yáng)能為電源的曝氣垂直流人工濕地系統(tǒng)甲烷平均排放通量分別為0.1

4、50、0.518、1.311、0.845、0.874mol/m2/day。而整個(gè)實(shí)驗(yàn)周期內(nèi)加PMS垂直流人工濕地系統(tǒng)平均甲烷排放通量(0.956mol/m2/day)是曝氣人工濕地系統(tǒng)平均甲烷排放通量(0.74mol/m2/day)的1.29倍。當(dāng)PMS質(zhì)量由62.5g增大到250g時(shí)，甲烷減少1.2倍。當(dāng)PMS質(zhì)量由125g增大到500g時(shí)，甲烷減少0.86倍。添加PMS調(diào)節(jié)IVCW水體Eh，甲烷排放控制機(jī)理滿足多項(xiàng)關(guān)系式y(tǒng)CH4de

5、crease=-9E-05x2PMS-increase+0.03xPMS-increase-1.6,R2=0.90。利用風(fēng)能、太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)曝氣控制甲烷排放，曝氣時(shí)間受日照、風(fēng)力影響較大。隨著電能的增加甲烷排放通量逐漸減小，當(dāng)風(fēng)能、太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)產(chǎn)生的電能由1728kJ增大6倍(10368kJ)時(shí)，甲烷排放通量減少8.74倍。與加Eh調(diào)節(jié)劑過(guò)氧硫酸氫鉀鈉復(fù)合鹽相比，利用風(fēng)能、太陽(yáng)能曝氣的垂直流人工濕地系統(tǒng)少排放甲烷0.216mol/m2

6、/day。
　　(2)添加5種質(zhì)量梯度PMS時(shí)，風(fēng)車草莖葉系統(tǒng)、風(fēng)車草根水系統(tǒng)甲烷平均排放通量分別為0.517、0.439mol/m2/day;而以太陽(yáng)能、風(fēng)能發(fā)電系統(tǒng)為電源的曝氣垂直流人工濕地系統(tǒng)風(fēng)車草莖葉系統(tǒng)、風(fēng)車草根水系統(tǒng)甲烷平均排放通量分別為0.444、0.296mol/m2/day。兩種控制條件下，風(fēng)車草莖葉系統(tǒng)的甲烷平均排放通量均高于風(fēng)車草根水系統(tǒng)的甲烷平均排放通量。而在整個(gè)實(shí)驗(yàn)周期內(nèi)風(fēng)車草莖葉系統(tǒng)平均甲烷排放通量(0

7、.481mol/m2/day)是風(fēng)車草根水系統(tǒng)平均甲烷排放通量(0.368mol/m2/day)的1.3倍。
　　(3)太陽(yáng)能、風(fēng)能曝氣垂直流人工濕地系統(tǒng)COD、TN、TP、TC、TOC平均去除率分別為63.09％、59.69％、66.65％、39.82％、50.01％。添加PMS垂直流人工濕地系統(tǒng)其COD、TN、TP、TC、TOC平均去除率分別為62.47％、62.11％、64.33％、40.07％、57.15％。曝氣垂直流人工

8、濕地COD、TP的平均去除率比添加PMS垂直流人工濕地COD、TP的平均去除率分別高了0.62％、2.32％。而添加PMS垂直流人工濕地的TN平均去除率比太陽(yáng)能、風(fēng)能曝氣垂直流人工濕地TN平均去除率高了2.42％。
　　(4)曝氣條件下垂直流人工濕地Eh與電能、溫度、DO、采樣時(shí)間的關(guān)系為yEh=45.63xElectric energy-2.32xTemp+13.28xDO-0.07t-73.14，R2=0.99。加過(guò)氧硫酸氫鉀

9、鈉復(fù)合鹽時(shí)，垂直流人工濕地Eh與PMS質(zhì)量、溫度、DO、采樣時(shí)間的關(guān)系為yEh=-0.44xPMS+6.82xTemp+16.08xDO+0.38t-264.1，R2=0.99。太陽(yáng)能、風(fēng)能發(fā)電系統(tǒng)曝氣和添加PMS均能增加垂直流人工濕地的溶解氧含量，其人工濕地內(nèi)水體溶解氧分別平均增加15.57％和12.19％;氧化還原電位分別平均增加33.55％和29.51％?？梢钥闯鲲L(fēng)、太陽(yáng)能曝氣對(duì)垂直流人工濕地溶解氧和氧化還原電位的增加要優(yōu)于添加P

10、MS。
　　(5)水質(zhì)對(duì)垂直流人工濕地甲烷排放具有重要影響。甲烷排放通量與COD極顯著相關(guān)(p＜0.01)，與TN顯著相關(guān)(p＜0.05)。本實(shí)驗(yàn)所有水質(zhì)指標(biāo)對(duì)復(fù)合垂直流人工濕地甲烷排放的影響順序?yàn)镃OD＞TN＞Eh＞TC＞pH＞DO＞TP＞水溫＞電導(dǎo)率＞TOC。
　　利用風(fēng)能、太陽(yáng)能曝氣的垂直流人工濕地系統(tǒng)甲烷排放通量小于添加氧化劑PMS垂直流人工濕地系統(tǒng)甲烷排放通量，且以太陽(yáng)能、風(fēng)能發(fā)電系統(tǒng)曝氣能夠充分利用當(dāng)?shù)氐淖匀毁Y源