西北地区城市生活污水土地处理法研究

【摘要】：污水土地处理技术作为一项具有广阔发展前景的污水生态处理替代技术，以其基建投资少，处理效果好的独特优势，在国内外得到了迅速发展。垂直流人工湿地作为土地处理工艺中最具代表性的一种，其对污水净化能力高于水平潜流人工湿地，用于处理污染物浓度较高的生活污水更具优势，并且适用于西北地区。因此，本课题选取垂直流人工湿地作为研究对象，结合西北地区当地气候特点，以校区生活污水为废水来源，重点研究了季节变化对垂直流人工湿地去除率的变化影响、不同间歇运行工况下该垂直流人工湿地运行效果的变化、不同植物对湿地去除率的影响等。同时，考虑到对进水进行曝气可以有效缓解湿地堵塞情况，并能有效提高湿地各项污染物指标的去除效果，因此课题组对曝气生物滤池单体进行研究，考察了气水比变化对污染物去除效果的影响，确定出了最佳运行条件。研究结果表明： （1）该垂直流人工湿地连续运行期间，外界大气气温四季变化明显，符合典型的西北寒冷地区气候。湿地内温度随季节气温变化趋势明显并具备一定的保温效果，在外界气温降至零下摄氏度时，湿地内部温度仍可保持在6°C以上，有利于污染物的去除。 （2）连续运行期间，湿地内部溶氧随季节变化明显，出水溶解氧浓度大于进水溶解氧浓度。出水溶解氧含量月平均含量在1月份达到最低值1.9mg/L，在8月份达到最高值4.2mg/L；湿地对COD、SS、氮、磷的降解呈现出一定的季节性的变化规律。春、夏季各项指标的去除率明显优于秋、冬季。一周年内，COD的去除率维持在40%-80%之间； SS（总悬浮固体）的去除率维持在30%-90%之间；磷的去除率在10%-90%之间；总氮的去除率在5.5%-73.1%之间；氨氮的去除率在6.3%-73.6%之间。 （3）该垂直流人工湿地通过自动化系统设置四个间歇进水工况（每天进水2次、4次、6次、8次）来调，考查每个工况下COD、SS、总氮、氨氮、总磷等进、出水浓度以及去除率的变化。研究结果表明，随着进水次数的增加，各项指标的去除率皆有不同幅度的下降。通过综合分析，考虑到处理效率和处理负荷等因素，最终选择每6小时进一次水，每天进水4次为该垂直流人工湿地系统的最佳运行工况。 （4）本课题组将原有芦苇池改造成面积大小相同，基质条件完全相同的三格池，1池为芦苇池，2池改种虉草，3池为空白池。芦苇池和虉草池出水DO的平均含量均高于空白池，说明这两种植物皆有较好的充氧能力。芦苇、虉草对COD的平均去除率分别为72.3%和74.6%，虉草对COD的去除率略高于芦苇，但二者对COD的去除率均远远高于空白组50.2%。芦苇对TN和NH4+-N的去除率分别为71.65%和70.36%；虉草对TN和NH4+-N的去除率分别为68.94%和70.22%。芦苇对氮的去除率略高于虉草，但二者皆远远大于空白组对TN和NH4+-N的去除率40.92%和42.33%。芦苇池对TP的去除率为75.59%，略高于虉草对TP的去除率74.53%。但二者对TP的去除率与空白湿地对TP去除率73.42%相差不多，说明湿地系统内对磷的去除主要依靠基质的吸附。芦苇和虉草对各项污染物的去除皆较为理想，都可作为西北地区人工湿地系统设计的备选植物。 （5）曝气生物滤池的实验考察了在不同气水比（1:1、2:1、3:1、5:1、7:1、10:1）的条件下DO、COD、SS、氨氮、总氮、总磷等指标的去除效果的变化。该滤池的富氧效果十分理想，出水DO浓度较进水有了明显的增高。气水比从1:1增大到5:1，COD的去除率随气水比的增大而增大，去除率在5:1时达到最大值77.5%，气水比从5:1增大到10:1时，COD去除率反而有所下降；气水比从1：1增大到3:1时，SS去除率随气水比的增大而增大，在气水比为3:1时达到最大值89.4%，当气水比从3:1增大到10:1时，SS去除率反而有所下降；氨氮的去除率随气水比增大效果愈加显著，当气水比增大到7:1时，氨氮的去除率可达到80.7%。可当超过7:1时，去除率会呈现反向规律，去除速率明显减缓。总氮与氨氮的去除变化规律基本相类似，气水比在5:1时达到最高峰，对应的去除率为72.9%。总磷的去除率随气水比的变化并未表现出一定的规律性，在7:1时达到峰值，对应去除率为40.1%。当气水比在3:1至5:1之间时，各项指标均可达到理想的处理效果。虽然有些指标随着气水比的增加还会出现继续增加的趋势，但是考虑到动力消耗等因素，在3:1到5:1之间时，整体的动力消耗在实际应用中是切实可行的。 【关键词】：土地处理法 垂直流人工湿地 曝气生物滤池 生活污水 模型研究
【学位授予单位】：兰州交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：X703.1
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-11
• 第一章 绪论11-22
• 1.1 研究背景11
• 1.2 土地处理法11-18
• 1.2.1 土地处理法概述11-12
• 1.2.2 土地处理系统净化作用机理12
• 1.2.3 土地处理法工艺12-18
• 1.3 土地处理系统国内、外发展动态18-20
• 1.3.1 国内发展动态18-19
• 1.3.2 国外发展动态19-20
• 1.4 课题研究目的与意义20-21
• 1.5 试验内容21-22
• 第二章 试验装置及试验方法22-27
• 2.1 试验装置及构筑物简介22-25
• 2.1.1 土地处理系统选择22
• 2.1.2 基质和植物的选用22-23
• 2.1.3 床体及其它尺寸设计23
• 2.1.4 系统进、出水口布置23-25
• 2.2 试验所需要的主要分析仪器及试验试剂25-27
• 第三章 季节变化对垂直流人工湿地处理效果的影响研究27-36
• 3.1 研究目的与意义27
• 3.2 试验内容及方法27-28
• 3.2.1 工艺流程27
• 3.2.2 试验用水水质及运行方式27-28
• 3.2.3 水质分析项目及检测方法28
• 3.3 试验结果与分析28-34
• 3.3.1 试验期间外界及人工湿地气温变化分析28-29
• 3.3.2 湿地系统溶解氧的变化规律29-30
• 3.3.3 湿地系统 COD 的变化规律30-31
• 3.3.4 湿地系统 SS 的变化规律31-32
• 3.3.5 湿地系统 TP 的变化规律32-33
• 3.3.6 湿地系统氮的变化规律33-34
• 本章小结34-36
• 第四章 不同间歇运行工况下垂直流人工湿地污染物去除效果研究36-49
• 4.1 研究目的和意义36
• 4.2 试验内容及方法36-37
• 4.2.1 工艺流程36
• 4.2.2 试验用水水质及运行方式36-37
• 4.2.3 水质分析项目及检测方法37
• 4.3 湿地间歇运行自动化控制系统简介37-38
• 4.4 不同间歇运行工况下水质分析38-47
• 4.5 四种工况下不同污染物去除效果综合对比分析47-48
• 本章小结48-49
• 第五章 虉草与芦苇对污染物去除效果对比试验研究49-55
• 5.1 研究目的和意义49
• 5.2 试验内容及方法49-50
• 5.2.1 工艺流程49-50
• 5.2.2 试验用水水质及运行方式50
• 5.2.3 水质分析项目及检测方法50
• 5.3 虉草的种植与培养50
• 5.4 试验结果与分析50-54
• 5.4.1 DO 的变化规律50-51
• 5.4.2 对 COD 去除效果的影响51-52
• 5.4.3 对氮去除效果的影响52-53
• 5.4.4 对总磷去除效果的影响53-54
• 本章小结54-55
• 第六章 曝气生物滤池试验研究55-64
• 6.1 研究目的与意义55
• 6.2 试验材料与方法55-57
• 6.2.1 试验装置55-56
• 6.2.2 工艺流程56
• 6.2.3 水质分析项目及检测方法56-57
• 6.2.4 试验用水水质及污泥接种57
• 6.3 结果与讨论57-62
• 6.3.1 试验启动57-58
• 6.3.2 DO 的变化规律58
• 6.3.3 SS 的变化规律58-59
• 6.3.4 COD 的变化规律59-60
• 6.3.5 TP 的变化规律60-61
• 6.3.6 氮的变化规律61-62
• 本章小结62-64
• 结论与建议64-66
• 结论64-65
• 建议65-66
• 致谢66-67
• 参考文献67-70
• 攻读学位期间的研究成果70

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