人工湿地污水处理系统净化特性研究

论文摘要

由于常规活性污泥法一次性投资大、运行费用昂贵、运行管理要求较高,在一定程度上制约了在小城镇污水处理中的应用。人工湿地是由基质、水生植物和微生物组成的类似自然的人工生态系统,它通过物理的、化学的和生物学的协同作用,可以达到去除污水中污染物、净化污水的目的。人工湿地污水净化系统具有工程造价低、维护运行费用低以及运行管理要求不高等优点,适合中小城镇污水处理。但国内对这项技术的应用研究尚不完善,有关工艺设计参数还主要来源于经验。本文采用静态人工湿地模拟装置和小型人工模拟复合垂直流人工湿地小试系统,主要针对西安地区湿地处理系统的植物选择、系统的反应动力学、系统水方式及前期培养方式对处理效果的影响、系统对COD、氨氮、总氮的去除、系统对污染物去除的途径及系统对二级生化出水的处理效果等方面进行研究和探讨,旨在通过研究进一步的完善这一污水处理技术理论,为人工湿地系统的工程设计以及运行管理提供基础和实践指导,从而使这项生态工程技术能得到更好的推广应用。通过春、夏、秋三季湿地系统对人工配制生活污水的静态处理试验和人工废水的连续动态处理试验,研究了湿地系统的净化特性。试验结果表明:（1）人工湿地对污染物COD、氨氮的净化过程均属一级动力学反应。在两套处理装置中,氨氮的去除经历了三个阶段:初期氨被基质吸附、浓度快速下降,随后由于吸附趋于饱和、氨氮浓度下降趋缓,最后由于硝化作用、氨浓度又快速降低。（2）本人工湿地中反硝化作用遵循一级动力学反应而不是零级反应。这主要是由于受传质影响所致。水培艾蒿与芦苇对硝酸盐的降解速率常数分别为0.5003和0.5804。（3）系统采用间歇运行方式,有利于湿地充氧,提高系统的硝化能力。系统运行40天左右可基本达到稳定状态,稳定运行后对COD、氨氮、总氮的平均去除率分别为85%,80%和70%。（4）湿地系统启动阶段对植物根系进行诱导生长可以促进根系发育,改善净化效果。（5）系统对污水中COD和氮的去除主要发生在上层25cm和35cm以内。系统对污染物的去除主要是通过基质、植物根系等过滤吸附、截留以及微生物氧化作用实现的。（6）湿地在低水力负荷（0.4m3/m2.d）条件下对二级生化出水的深度处理效果较好,对COD、NH3-N、TN、PO43--p的去除率分别为87.4%、82.15%、60.32%和30.15%。出水COD浓度低于10 mg/L。（7）过长的排空时间并不能提高湿地系统的复氧效果,只会影响湿地系统的处理量。排空时间为2h时,湿地系统处理效果最好,对NH3-N、TN、PO43--p的去除率分别为84.44%、65.46%和40.33%。（8）复合垂直流人工湿地上层基质中的微生物量高于下层、下行流部分微生物量比上行流部分的微生物量要多。（9）下行流表层微生物的硝化作用活性最高,反硝化作用在各基质层都比较活跃。反硝化作用是人工湿地除氮的主要途径。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1. 绪论
• 1.1 人工湿地概述
• 1.1.1 人工湿地的分类
• 1.1.2 人工湿地系统处理工艺
• 1.2 人工湿地技术特点
• 1.3 人工湿地的发展历史与研究现状
• 1.3.1 国内应用工程实例
• 1.3.2 人工湿地的净化机理
• 1.3.3 人工湿地数学模型
• 1.4 存在的问题及研究热点
• 1.5 本课题研究的目的和意义
• 1.6 拟采用的研究方法、步骤和技术路线
• 2. 人工湿地处理污水的静态试验及反应动力学研究
• 2.1 研究目的
• 2.2 试验方法
• 2.2.1 实验装置及实验条件
• 2.2.2 主要监测项目及方法
• 2.2.3 试验步骤
• 2.3 结果与分析
• 2.3.1 硝化静态试验
• 2.3.2 反硝化静态试验
• 2.3.3 人工湿地处理污水的动力学研究
• 2.4 小结
• 3. 复合垂直流人工湿地的启动与净化特性研究
• 3.1 研究目的
• 3.2 材料与方法
• 3.2.1 试验装置
• 3.2.2 湿地进水系统
• 3.2.3 试验用水
• 3.2.4 系统启动
• 3.2.5 分析测试
• 3.3 结果与分析
• 3.3.1 湿地进出水水质变化
• 3.3.2 湿地系统对COD的去除
• 3.3.3 湿地系统对氮的去除
• 3.3.4 湿地系统中的植物在运行中的变化
• 3.4 小结
• 4. 人工湿地对污水深度处理试验研究
• 4.1 材料与方法
• 4.2 试验用水
• 4.3 结果与分析
• 4.3.1 水力负荷对二级生化出水深度处理的影响
• 4.3.2 排空时间对二级生化出水深度处理的影响
• 4.4 小结
• 5. 人工湿地对氮的去除途径及其机理研究
• 5.1 材料与方法
• 5.1.1 湿地基质吸附试验
• 5.1.2 湿地微生物量及硝化与反硝化试验
• 5.1.3 湿地植物腐烂污染物释放量的测定
• 5.2 结果与分析
• 4⁺-N浓度与时间的关系'>5.2.1 不同基质吸附NH₄⁺-N浓度与时间的关系
• 5.2.2 湿地系统中的微生物
• 5.2.3 湿地系统中的植物
• 5.3 小结
• 6. 结论与建议
• 6.1 研究结论
• 6.1.1 静态试验研究
• 6.1.2 复合垂直流人工湿地净化特性研究
• 6.2 建议
• 参考文献
• 致谢
• 附录:攻读硕士学位期间发表的论文