利用間歇曝氣和過氧硫酸氫鉀鈉鹽分別控制復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)村非點源生活污水的有效方法。甲烷是一種溫室氣體，甲烷對溫室效應也有巨大貢獻，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保護生態(tài)環(huán)境具有重要意義。
　　本研究在前期課題研究結果基礎上進一步對垂直流人工濕地處理農(nóng)村非點源生活污水過程中甲烷排放進行調控。垂直流人工濕地（長×寬×高）為3600mm×1200mm×1200mm，由進水池和出水池組成，人工濕地內

2、部鋪設三層基質，人工濕地栽種植物為風車草。不僅構建了風能、太陽能混合發(fā)電系統(tǒng)，在前期課題研究的最優(yōu)曝氣條件下，以風能、太陽能混合發(fā)電系統(tǒng)為電源，對復合垂直流人工濕地進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過氧硫酸氫鉀鈉復合鹽(PMS:Potassium peroxymonosulfate)調節(jié)復合垂直流人工濕地水體的氧化還原電位(Eh)進行甲烷排放的控制。還同步測定了曝氣和加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)，研究結果表明:
　　(1)當分別添加31.25g、62.5g、125g、250g和500g PMS于垂直流人工濕地時，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，對應的以風能、太陽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。而整個實驗周期內加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PMS質量由62.5g增大到250g時，甲烷減少1.2倍。當PMS質量由125g增大到500g時，甲烷減少0.86倍。添加PMS調節(jié)IVCW水體Eh，甲烷排放控制機理滿足多項關系式y(tǒng)CH4de

5、crease=-9E-05x2PMS-increase+0.03xPMS-increase-1.6,R2=0.90。利用風能、太陽能發(fā)電系統(tǒng)曝氣控制甲烷排放，曝氣時間受日照、風力影響較大。隨著電能的增加甲烷排放通量逐漸減小，當風能、太陽能發(fā)電系統(tǒng)產(chǎn)生的電能由1728kJ增大6倍(10368kJ)時，甲烷排放通量減少8.74倍。與加Eh調節(jié)劑過氧硫酸氫鉀鈉復合鹽相比，利用風能、太陽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種質量梯度PMS時，風車草莖葉系統(tǒng)、風車草根水系統(tǒng)甲烷平均排放通量分別為0.517、0.439mol/m2/day;而以太陽能、風能發(fā)電系統(tǒng)為電源的曝氣垂直流人工濕地系統(tǒng)風車草莖葉系統(tǒng)、風車草根水系統(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，風車草莖葉系統(tǒng)的甲烷平均排放通量均高于風車草根水系統(tǒng)的甲烷平均排放通量。而在整個實驗周期內風車草莖葉系統(tǒng)平均甲烷排放通量(0

7、.481mol/m2/day)是風車草根水系統(tǒng)平均甲烷排放通量(0.368mol/m2/day)的1.3倍。
　　(3)太陽能、風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平均去除率比太陽能、風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、采樣時間的關系為yEh=45.63xElectric energy-2.32xTemp+13.28xDO-0.07t-73.14，R2=0.99。加過氧硫酸氫鉀

9、鈉復合鹽時，垂直流人工濕地Eh與PMS質量、溫度、DO、采樣時間的關系為yEh=-0.44xPMS+6.82xTemp+16.08xDO+0.38t-264.1，R2=0.99。太陽能、風能發(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、太陽能曝氣對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)水質對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(p＜0.01)，與TN顯著相關(p＜0.05)。本實驗所有水質指標對復合垂直流人工濕地甲烷排放的影響順序為COD＞TN＞Eh＞TC＞pH＞DO＞TP＞水溫＞電導率＞TOC。
　　利用風能、太陽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，且以太陽能、風能發(fā)電系統(tǒng)曝氣能夠充分利用當?shù)氐淖匀毁Y源