Gyda'r graddau cynyddol o ewtroffeiddio cyrff dŵr naturiol, mae tynnu nitrogen mewn cyrff dŵr llygredig wedi dod yn fater cynyddol frys. Mae gwlyptiroedd yn chwarae rhan bwysig wrth atal a rheoli ewtroffeiddio cyrff dŵr naturiol. Gall gwlyptiroedd naturiol, wedi'u hategu gan fesurau artiffisial rhesymol, wella effeithlonrwydd tynnu llygryddion ac effeithiau ecolegol yn fawr. Yn eu plith, mae tynnu nitrogen yn swyddogaeth bwysig o wlyptiroedd artiffisial. Gall y crynodeb o'r mecanwaith tynnu nitrogen mewn gwlyptiroedd artiffisial ar gyfer trin carthion ddarparu sylfaen ddamcaniaethol dda ar gyfer dylunio, gweithredu ac ymchwilio i wlyptiroedd.
Mecanwaith dadnitreiddio gwlyptiroedd artiffisial
Mae systemau gwlyptir artiffisial yn tynnu nitrogen o garthion trwy amrywiaeth o fecanweithiau. Mae'r mecanweithiau hyn yn bennaf yn cynnwys adweithiau biolegol, ffisegol a chemegol.
Yn y system gwlyptiroedd artiffisial gwrth-drylifiad, os anwybyddir y cyfnewid nitrogen rhwng gwlyptiroedd artiffisial a chyrff dŵr cyfagos, dangosir llwybrau cylchrediad a thrawsnewid nitrogen mewn gwlyptiroedd artiffisial yn y ffigur isod, yn bennaf gan gynnwys amonia nitrogen organig, anweddoli nitrogen amonia , nitreiddiad a dadnitreiddiad biolegol, cymeriant meinwe microbaidd planhigion, arsugniad matrics ac ocsidiad amonia anaerobig a phrosesau ffisegol, cemegol a biolegol eraill.
Yn eu plith, mae arsugniad a dyodiad y matrics yn cael effaith dda mewn gwlyptiroedd matrics arbennig neu yn y cyfnod cynnar o ddefnyddio gwlyptir, ond ar gyfer gwlyptiroedd artiffisial aeddfed sydd wedi bod ar waith ers amser maith, trawsnewid a thynnu nitrogen o dan y gweithredu micro-organebau bob amser wedi cael ei ystyried y brif ffordd i gael gwared ar nitrogen. Yn ddamcaniaethol, gall llwybrau tynnu nitrogen eraill fel ocsidiad amonia anaerobig wneud mwy o gyfraniad at drin gwlyptiroedd artiffisial dŵr gwastraff nitrogen uchel-amonia.
Diwrnod Ecolegol Cenedlaethol
Mae nitreiddiad yn cyfeirio at y broses lle mae nitrogen amonia yn cael ei ocsidio i nitrogen nitraid a'i ocsidio ymhellach i nitrogen nitrad o dan weithred micro-organebau. Cwblheir nitreiddiad yn bennaf gan facteria awtotroffig mewn dau gam.
Y cam cyntaf yw'r broses nitraid: hynny yw, y cam y mae nitrogen amonia yn cael ei ocsidio i nitrogen nitraid.
Mae pum prif genera o facteria nitraid yn rhan o'r cam hwn: Nitrosomonas, Nitrosocystis, Nitrosococcus, Nitrosospira a Nitrosogloea. Yn eu plith, mae rôl Nitrobacter yn arbennig o amlwg.
Yr ail gam yw'r broses nitreiddiad: hynny yw, y cam lle mae nitrogen nitraid yn cael ei ocsidio i nitrogen nitrad.
Mae tri phrif genera o facteria nitreiddio yn rhan o'r cam hwn: Nitrobacter, Nitrospina a Nitrococcus. Yn eu plith, Nitrobacter yw'r prif genws, a'r rhai cyffredin yw Nitrobacter winogradskyi a N.agilis.
Yn ogystal â'r micro-organebau awtotroffig uchod, mae yna nifer fawr o ficro-organebau heterotroffig yn y pridd, a all hefyd ocsideiddio amonia a chyfansoddion nitrogen organig i N2O neu N2, a gall eu gallu nitreiddio fod yn is na gallu bacteria nitreiddio awtroffig, ond mae'r ymchwil ar eu rôl benodol yn y broses nitreiddio mewn gwlyptiroedd artiffisial yn dal yn annigonol.
Mae effaith tynnu nitrification nitrogen amonia yn amrywio yn ôl dyluniad a strwythur gwlyptiroedd artiffisial. Mewn gwlyptiroedd artiffisial llif arwyneb, gwlyptiroedd artiffisial llif fertigol a gwlyptiroedd artiffisial cyfunol, mae prosesau nitreiddio cryf yn digwydd ac mae llawer iawn o nitrogen amonia yn cael ei ddileu, ond mae'r radd yn wahanol.
A siarad yn gyffredinol, gan fod effaith ail-ocsigeneiddio llif fertigol yn well nag effaith llif llorweddol is-wyneb gwlyptiroedd artiffisial, mae dwyster nitreiddiad yn gyffredinol yn fwy na gwlyptiroedd llif is-wyneb llorweddol. Yn ogystal, mae amodau gweithredu gwahanol hefyd yn effeithio ar ddwysedd nitreiddiad. Er enghraifft, mae'r modd gweithredu llanw a ddefnyddir mewn gwlyptiroedd llif fertigol a'r pretreatment awyru yn y cyfnod cynnar o wlyptiroedd llif is-wyneb llorweddol ill dau yn cynyddu dwyster nitrification y system.
Proses dadnitreiddio
Mae'r broses dadnitreiddio yn cyfeirio at y broses biocemegol lle mae bacteria dadnitreiddio yn lleihau nitrogen (N) mewn nitrad (NO3-) i foleciwlau nitrogen (N2) trwy gyfres o gynhyrchion canolraddol (NO2-, NO, N2O ).
Mae'r broses dadnitreiddiad o arwyddocâd mawr yn y cylch nitrogen mewn natur ac mae'n gyswllt allweddol yn y cylch nitrogen. O ran trin carthion gwlyptir artiffisial, dyma'r prif ddull dadnitreiddio biolegol ynghyd ag adwaith nitreiddiad. Mae cyfyngiadau amgylcheddol ar y broses dadnitreiddio yn cynnwys amgylchedd ocsigen, potensial rhydocs, tymheredd, pH a ffynhonnell carbon organig. Mae angen amgylchedd ail-ocsigenu ar gyfer nitreiddiad, ond mae dadnitreiddiad yn gofyn am amgylchedd anaerobig, sy'n gwneud nitreiddiad a dadnitreiddiad damcaniaethol ar yr un pryd yn yr un amgylchedd gwlyptir yn ffactor pwysig sy'n cyfyngu ar ddadnitreiddiad gwlyptir.
Yr amrediad pH mwyaf addas ar gyfer dadnitreiddiad yw pH6-8. Pan fydd y gwerth pH yn is na 5, gellir cynnal dwyster dadnitreiddiad, ond mae ei gyfradd yn gostwng yn sylweddol. Pan fydd y gwerth pH yn is na 4, mae dadnitreiddiad yn aml yn cael ei atal yn llwyr. Y tymheredd addas ar gyfer dadnitreiddiad yw 30 ~ 35 gradd, ac mae'r dadnitreiddiad yn cael ei wanhau'n sylweddol pan fydd y tymheredd yn is na 2 ~ 9 gradd.
O'r hafaliad proses denitrification uchod, gellir gweld mai cynnyrch y broses denitrification gyflawn yw nitrogen (N2), a bydd N2O yn cael ei gynhyrchu mewn cyflwr anghyflawn. Gan fod N2O yn nwy tŷ gwydr, mae ei botensial cynhesu byd-eang yn cyfateb i 310 gwaith yn fwy na CO2. Er bod allyriadau dadnitreiddiad anghyflawn mewn gwlyptiroedd artiffisial yn ddibwys ar gyfer yr effaith tŷ gwydr byd-eang, mae wedi denu sylw a phryder llawer o ysgolheigion yn raddol yn ystod y blynyddoedd diwethaf.
Echdynnu planhigion
Mae nitrogen yn faethol hanfodol ar gyfer twf planhigion. Gall nitrogen anorganig gael ei amsugno a'i syntheseiddio gan blanhigion mewn gwlyptiroedd artiffisial yn sylweddau planhigion. Yn olaf, gellir tynnu rhan o'r nitrogen anorganig yn gyfan gwbl o'r system gwlyptir artiffisial trwy gynaeafu'r rhannau uwchben y ddaear o blanhigion gwlyptir yn rheolaidd.
Mae amsugno a chael gwared ar nitrogen anorganig gan blanhigion wedi'i gyfyngu gan gynnyrch meinweoedd planhigion a'r cynnwys nitrogen yn y meinweoedd. Mae cymhwyso gwella effaith denitrification gwlyptiroedd trwy amsugno planhigion yn fwy addas mewn ardaloedd trofannol, oherwydd bod y newidiadau tymhorol mewn ardaloedd trofannol yn fach a gall planhigion gwlyptir dyfu trwy gydol y flwyddyn. Felly, gellir cynnal cynaeafu planhigion sawl gwaith i wella amsugno a chael gwared ar nitrogen anorganig gan feinweoedd planhigion.
Ammoniad
Mae'r broses ammoneiddio yn cyfeirio'n bennaf at y broses lle mae mater organig sy'n cynnwys nitrogen fel protein yn cael ei ddadelfennu gan ficro-organebau yn y gwely gwlyptir a'i drawsnewid yn amonia. Nid yw'r ymchwil ar ammoniation yn y cylch nitrogen o drin carthion gwlyptir artiffisial wedi denu sylw a phwysigrwydd ymchwilwyr fel nitreiddiad a dadnitreiddiad.
Dwysedd ammoniad a adroddwyd mewn gwlyptiroedd artiffisial yw 0.004-0.530 g/(m2·d).
Anweddoli nitrogen amonia
Gall rhywfaint o nitrogen a nitrogen mewn systemau gwlyptir artiffisial ddianc o'r system trwy anweddoli. Mae ffactorau fel hinsawdd, amodau hydrolig a statws twf planhigion yn effeithio ar faint o anweddoli amonia.
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. Yn gyffredinol, gwerth pH gwlyptiroedd artiffisial yw 6 ~ 7. Felly, gellir anwybyddu'r nitrogen amonia a gollir trwy anweddoli tir gwlyb.
Fodd bynnag, pan fydd y gwlyptir artiffisial yn cael ei lenwi â chalchfaen a chyfryngau eraill, bydd y gwerth pH yn y system wlyptir yn uchel iawn, ac mae angen ystyried colli nitrogen amonia trwy anweddoli.
Ocsidiad amonia anaerobig
Mae'r broses ocsideiddio amonia anaerobig yn broses adwaith biolegol lle mae bacteria anaerobig sy'n ocsideiddio amonia yn defnyddio nitraid fel derbynnydd electron a nitrogen amonia fel rhoddwr electron i ocsideiddio nitrogen amonia yn nwy nitrogen yn uniongyrchol o dan amodau anaerobig.
Fel arfer mae gan yr adwaith hwn ofynion llym ar amodau allanol (gwerth pH, tymheredd, ocsigen toddedig, ac ati), ond ei fanteision yw: gan fod nitrogen amonia yn cael ei ddefnyddio'n uniongyrchol fel rhoddwr electron ar gyfer adwaith denitrification, ychwanegu mater organig alldarddol (fel methanol) gellir ei osgoi, a all arbed costau gweithredu ac atal llygredd eilaidd.
Gan nad yw'r rhan fwyaf o'r amonia yn mynd trwy broses nitreiddiad gyflawn ac yn cymryd rhan yn uniongyrchol yn yr adwaith ocsideiddio amonia anaerobig, mae cyfradd defnyddio ocsigen yn effeithiol yn cynyddu, mae defnydd ynni'r cyflenwad ocsigen yn cael ei leihau, ac mae'r cynhyrchiad asid yn cael ei leihau. Gall hyn leihau'r adweithyddion cemegol sydd eu hangen ar gyfer niwtraleiddio, lleihau costau gweithredu, a lleihau llygredd eilaidd.
Ar hyn o bryd, mae'r dechnoleg hon yn cael ei chymhwyso'n raddol wrth drin dŵr gwastraff golosg, trwytholch tirlenwi a dŵr gwastraff eraill yn ddiwydiannol. Er bod adroddiadau ar drin carthion gwlyptir artiffisial, mae ymchwil cysylltiedig yn dal i fod yn annigonol.
Rhyddhau ocsid nitraidd
Credir yn gyffredinol mai prif fecanwaith tynnu nitrogen mewn gwlyptiroedd artiffisial yw bod nitrogen mewn carthion yn y pen draw yn dianc ar ffurf nwyon N2 a N2O o dan weithred gyfunol nitreiddiad a dadnitreiddiad gan ficro-organebau. Gan fod N2O yn nwy cynhesu cryf, mae ei effaith tŷ gwydr tua 298 gwaith yn fwy na CO2, ac mae ei effaith ar yr amgylchedd byd-eang yn hirdymor ac yn bosibl, felly mae'n bwysig iawn astudio cyfraith rhyddhau N2O mewn gwlyptiroedd artiffisial.
Dechreuodd ymchwil ar allyriadau N2O mewn systemau gwlyptir artiffisial ym 1997, pan gynigiodd Freeman gyntaf y byddai defnyddio technoleg gwlyptir artiffisial i buro carthffosiaeth yn rhyddhau rhywfaint o N_2O i'r atmosffer. Ers hynny, mae adroddiadau ymchwil cysylltiedig wedi'u cyhoeddi dramor. Dechreuodd gwaith ymchwil domestig yn hwyr, a gwelwyd yr adroddiad ymchwil cynharaf yn 2009.