Með vaxandi stigi ofauðlindar náttúrulegra vatnslíkamana hefur það orðið sífellt brýnni að fjarlægja köfnunarefni í menguðum vatnslíkamana. Votlendi gegnir mikilvægu hlutverki í forvörnum og stjórnun á ofauðgun náttúrulegra vatnslaga. Náttúru votlendi, bætt við hæfilegar gervi ráðstafanir, geta bætt skilvirkni mengunar mengunar og vistfræðileg áhrif. Meðal þeirra er köfnunarefni að fjarlægja mikilvægt hlutverk gervi votlendi. Yfirlit yfir köfnunarefnisflutningsbúnaðinn í gervi votlendi til skólpmeðferðar getur verið góður fræðilegur grunnur fyrir hönnun, notkun og rannsóknir votlendis.
Denitrofication Mechaniser of Articial Wetlands
Gervi votlendiskerfi fjarlægja köfnunarefni úr skólpi með ýmsum aðferðum. Þessir aðferðir fela aðallega í sér líffræðileg, eðlisfræðileg og efnafræðileg viðbrögð.
Í hinu andstæðingur-sængaferli votlendiskerfis, ef köfnunarefnisskiptin milli gervi votlendis og vatnslíkamana í kring er hunsað, eru dreifingar- og umbreytingarleiðir köfnunarefnis í gervi votlendi sýnd á myndinni hér að neðan, aðallega með ammonia af lífrænum köfnunarefni , líffræðileg nitrification og afneitun, upptöku örveruvefja, aðsogs aðsogs og loftfirrð ammoníak oxun og öðrum eðlisfræðilegum, efnafræðilegum og líffræðilegum ferlum.
Meðal þeirra hefur aðsog og úrkoma fylkisins góð áhrif á sérstökum fylkis votlendi eða á frumstigi votlendisnotk Aðgerð örvera hefur alltaf verið talin aðal leiðin til að fjarlægja köfnunarefni. Aðrar köfnunarefnisleiðir eins og loftfirrðar ammoníak oxun geta fræðilega lagt meira af mörkum til meðferðar á stóru köfnunarefnisvökva frárennslisvatns votlendi.
Þjóðfræðilegi dagur
Nitrification vísar til þess ferlis þar sem ammoníak köfnunarefni er oxað í nítrít köfnunarefni og oxað frekar til að nítrat köfnunarefni undir verkun örvera. Nitrification er aðallega lokið með autotrophic bakteríum í tveimur áföngum.
Fyrsti áfanginn er nítrítarferlið: það er að segja stigið þar sem ammoníak köfnunarefni er oxað í nítrít köfnunarefni.
Það eru fimm megin ættkvíslir af nítrít bakteríum sem taka þátt í þessu stigi: nitrosomonas, nitrosocystis, nitrosococcus, nitrosospira og nitrosogloea. Meðal þeirra er hlutverk Nitrobacter sérstaklega ráðandi.
Annar áfanginn er nitrifunarferlið: það er að segja stigið þar sem nítrít köfnunarefni er oxað til að nítrat köfnunarefni.
Það eru þrjár helstu ættkvíslir af nitríandi bakteríum sem taka þátt í þessu stigi: Nitrobacter, Nitrospina og Nitrococcus. Meðal þeirra er Nitrobacter aðal ættin og þeir algengu eru Nitrobacter winogradskyi og n.agilis.
Til viðbótar við ofangreindar sjálfvirkar örverur, þá er mikill fjöldi heterótófískra örvera í jarðveginum, sem getur einnig oxað ammoníak og lífræn köfnunarefnissambönd í N2O eða N2, og nitrifunargeta þeirra getur verið lægri en sjálfstýrð En rannsóknirnar á sérstöku hlutverki þeirra í nitrifunarferlinu í gervi votlendi eru enn ófullnægjandi.
Fjarlægingaráhrif ammoníak köfnunarefnis eru breytileg eftir hönnun og uppbyggingu gervi votlendis. Í yfirborðsflæði gervi votlendi, lóðrétt flæði gervi votlendi og sameinað gervi votlendi, eiga sér stað sterk nitrificification ferli og mikið magn af ammoníak köfnunarefni er fjarlægt, en gráðu er öðruvísi.
Almennt séð, þar sem enduroxunaráhrif lóðrétts flæðis eru betri en lárétta undirlagsrennslis votlendi, er styrkleiki nitrufication yfirleitt meiri en í lárétta rennslislendi undir yfirborð. Að auki hafa mismunandi rekstrarskilyrði einnig áhrif á styrk nitrification. Sem dæmi má nefna að sjávarfallastillingin sem notuð er í lóðréttu flæði votlendi og loftmeðferð á frumstigi láréttra undirflæðis votlendis auka bæði nitrifunarstyrk kerfisins.
Denitrification ferli
Denitrification ferlið vísar til lífefnafræðilegs ferils þar sem afneitandi bakteríur draga úr köfnunarefni (n) í nítrat (NO 3-) í köfnunarefnissameindir (N2) í gegnum röð millivara (nei 2-, nei, n2o röð. ).
Afneitunarferlið hefur mikla þýðingu í köfnunarefnishringrásinni í náttúrunni og er lykilhlekkur í köfnunarefnislotunni. Hvað varðar gervi skólpmeðferð votlendis er það aðal háttur líffræðilegrar afneitunar ásamt nitrification viðbrögðum. Umhverfisþvinganir á afneitunarferlinu fela í sér súrefnisumhverfi, redox möguleika, hitastig, sýrustig og lífræna kolefnisgjafa. Nitrification krefst enduroxunarumhverfis, en afneitun krefst loftfirrðar umhverfis, sem gerir fræðilega samtímis nitrification og afneitun í sama votlendisumhverfi að mikilvægum þáttum sem takmarka afneitun votlendis.
Hentugasta pH sviðið fyrir afneitun er ph 6-8. Þegar pH gildi er lægra en 5 er hægt að framkvæma styrkleika afneitunar, en tíðni þess lækkar verulega. Þegar pH gildi er lægra en 4 er afneitun oft hindrað alveg. Hentugur hitastig fyrir afneitun er 30 ~ 35 gráðu og afneitunin veikist verulega þegar hitastigið er lægra en 2 ~ 9 gráðu.
Af ofangreindu jöfnu jöfnunni, má sjá að afurð fullkomins afneitunarferlis er köfnunarefni (N2) og N2O verður búin til í ófullkomnu ástandi. Þar sem N2O er gróðurhúsalofttegund, þá jafngildir hlýnun þess að það jafngildir 310 sinnum en CO2. Þrátt fyrir að losun ófullkominnar afneitunar í gervi votlendi sé hverfandi fyrir alþjóðleg gróðurhúsaáhrif, hefur það smám saman vakið athygli og áhyggjur margra fræðimanna undanfarin ár.
Plöntuútdráttur
Köfnunarefni er nauðsynlegt næringarefni fyrir plöntuvöxt. Ólífrænt köfnunarefni er hægt að frásogast og búið til af plöntum í gervi votlendi í plöntuefni. Að lokum er hægt að fjarlægja hluta af ólífrænum köfnunarefni að fullu úr gervi votlendiskerfinu með reglulegri uppskeru ofangreindra hluta votlendisplantna.
Upptaka og fjarlægja ólífrænt köfnunarefni af plöntum er takmörkuð af afrakstri plöntuvefja og köfnunarefnisinnihaldi í vefjum. Notkun á að auka afneitunaráhrif votlendis með frásog plantna hentar betur á suðrænum svæðum, vegna þess að árstíðabundnar breytingar á suðrænum svæðum eru litlar og votlendisplöntur geta vaxið allt árið um kring. Þess vegna er hægt að framkvæma uppskeru plantna margfalt til að bæta frásog og fjarlægja ólífrænt köfnunarefni með plöntuvefjum.
Ammonífering
Ammonification ferlið vísar aðallega til þess ferlis þar sem köfnunarefnis sem inniheldur lífræn efni eins og prótein er brotið niður af örverum í votlendisrúminu og breytt í ammoníak. Rannsóknir á nýrnasjúkdómum í köfnunarefnislotunni við gervi skólphreinsun votlendis hafa ekki vakið athygli og mikilvægi vísindamanna eins og nitrification og denitrification.
Tilkynnt um styrkleiki gervi votlenda er 0. 004-0. 530 g/(m2 · d).
Ammoníak köfnunarefni sveiflur
Sumt köfnunarefni og köfnunarefni í gervi votlendiskerfum geta flúið úr kerfinu með sveiflum. Magn ammoníaks sveiflunnar hefur áhrif á þætti eins og loftslag, vökvaskilyrði og vaxtarstöðu plantna.
When the pH value is lower than 7.5, the ammonia volatilization effect can be ignored. Only when the pH value is greater than 9.3, the ammonia volatilization effect is more significant. Wetland ammonia volatilization includes wetland ground ammonia volatilization and plant leaf ammonia volatilization. Among them, wetland ground ammonia volatilization needs to occur when the water pH>8. Almennt er pH gildi gervi votlendis 6 ~ 7. Þess vegna er hægt að hunsa ammoníak köfnunarefnið sem tapast í gegnum votlendisflæðingu.
Hins vegar, þegar gervi votlendið er fyllt með kalksteini og öðrum miðlum, verður pH gildi í votlendiskerfinu mjög hátt og íhuga þarf tap á ammoníak köfnunarefni með flökt.
Anaerobic ammoníak oxun
Oxunarferlið loftfirrt ammoníak er líffræðilegt viðbragðsferli þar sem loftfirrt ammoníak-oxandi bakteríur nota nitrít sem rafeindasamtök og ammoníak köfnunarefni sem rafeindagjafa til að oxa ammoníakköfnunarefni beint í köfnunarefnisgas við loftfælna aðstæður.
Þessi viðbrögð hafa venjulega strangar kröfur um ytri aðstæður (pH gildi, hitastig, uppleyst súrefni osfrv.), En kostir þess eru: þar sem ammoníak köfnunarefni er beint notað sem rafeindagjafar til að afneita viðbrögð Hægt er að forðast metanól) sem getur sparað rekstrarkostnað og komið í veg fyrir aukamengun.
Þar sem mest af ammoníakinu gangast ekki undir fullkomið nitrufication ferli og tekur beint þátt í loftfælnum ammoníak oxunarviðbrögðum, er árangursrík nýtingartíðni súrefnis aukin, orkunotkun súrefnisframboðs minnkar og sýruframleiðslan minnkar. Þetta getur dregið úr efnafræðilegum hvarfefnum sem þarf til hlutleysingar, dregið úr rekstrarkostnaði og dregið úr annarri mengun.
Sem stendur er smám saman beitt þessari tækni við iðnaðarmeðferð við frárennslisvatn, urðunarstig og önnur afrennsli. Þrátt fyrir að það séu skýrslur um gervi skólphreinsun votlendis, eru tengdar rannsóknir enn ófullnægjandi.
Tvínituroxíð losun
Almennt er talið að meginbúnaðurinn við að fjarlægja köfnunarefni í gervi votlendi sé að köfnunarefni í skólpi sleppur að lokum í formi N2 og N2O lofttegunda undir sameinuðu verkun nitrification og afneitunar með örverum. Þar sem N2O er sterkt hlýnandi gas, eru gróðurhúsaáhrif þess um 298 sinnum meiri en CO2 og áhrif þess á alþjóðlega umhverfi eru langtíma og möguleikar, svo það er mjög mikilvægt að rannsaka lög N2O losunar í gervi votlendi.
Rannsóknir á losun N2O í gervi votlendiskerfum hófust árið 1997, þegar Freeman lagði fyrst til að notkun gervi votlendistækni til að hreinsa fráveitu myndi gefa út ákveðið magn af n _2 o út í andrúmsloftið. Síðan þá hafa tengdar rannsóknarskýrslur verið birtar erlendis. Innlendar rannsóknir hófust seint og fyrstu rannsóknarskýrslan sást árið 2009.