美人蕉与黑麦草作为水培和人工湿地栽培作物处理城市污水研究

【摘要】：本试验采用水培槽-人工湿地生态污水处理技术，针对人工湿地技术在北方冬春低温条件下处理效率较低以及适于此季节种植的植物种类匮乏等问题，选用美人蕉和黑麦草两种植物作为水培槽和人工湿地栽培植物，比较了美人蕉和黑麦草在夏季的生长状况和对污染物的去除情况，另外观察了黑麦草在春季和冬季对污染的去除效果，以便确定黑麦草作为水培槽和湿地常年栽培作物的可行性。本试验在西安市第四污水处理厂进行，试验用水采用污水厂初沉池出水，经调节池后间歇进入试验系统。试验系统共分三组，每组均由水培槽、水平流湿地和垂直流湿地组成，各组的水深或床深分别为0.10m，0.30m和0.60m。其中美人蕉进水量采取逐渐增加的方式分别为150L/d、300L/d和450L/d。黑麦草进水量为150L/d。研究结果表明： （1）种植美人蕉时，水培槽和人工湿地中的美人蕉长势良好，0.10m系列、0.30m和0.60m系列对COD和SS的去除率均在70%和90%以上，水力负荷的增加对COD和SS的去除效果影响不大。美人蕉对TN和TP也具有较好的去除效果，在较低负荷时各系列对TN的去除率达到80%以上，在较大负荷时0.10m和0.60m系列对TP的去除率达80%以上。各项出水指标均达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918-2002）中的二级标准以上。 （2）种植黑麦草时，冬季植物处于休眠期，春季生长速度较快，进入夏季随着气温的升高黑麦草停止生长。春季和夏季0.10m系列对COD、SS和氨氮均具有较好的去除效果，出水浓度可满足城镇污水处理厂污染物排放标准（GB18918-2002）中的二级标准以上，三个系列在春季和夏季对磷的去除效果都不大理想。冬季各系列出水中COD、SS、氨氮和TP（结冰前）出水浓度满足《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918-2002）中的二级标准。 （3）植物种类的不同对水培槽和人工湿地的处理效果具有重要影响。试验表-明，种植美人蕉时各系列水培槽和人工湿地中的DO浓度均较高，种植黑麦草时，春季和夏季0.30m系列和0.60m系列中DO较低。美人蕉各系列对氨氮和TP均具有较好的去除效果，而春季黑麦草0.30m系列和0.60m系列对氨氮去除率较低。 （4）水深和基质深度是影响水培槽和人工湿地处理效果的一个重要因素。试验结果表明，无论种植美人蕉还是黑麦草，0.10m系列水培槽和人工湿地中的DO浓度始终大于0.30m系列和0.60m系列，较充足的DO浓度，有效解决了传统人工湿地DO不足的问题，从而在脱氮除磷方面具有更大优势。当种植美人蕉时，0.10m系列水培槽和人工湿地对TN的平均去除率高达90%以上，对TP平均去除率达70%以上。种植黑麦草时，0.10m系列在春季和夏季对TN也具有较好的去除效果。 （5）如何提高对氮和磷的去除效果是人工湿地面临的主要问题。种植黑麦草时，0.10m系列在DO浓度始终充足的情况下，对TN的去除率夏季(65.1%)春季(49.3%)冬季(37.0%)；其余两系列在DO不充分的情况下，则是依据湿地内部DO浓度的高低来决定其对TN去除效果，0.30m系列和0.60m系列对TN的去除率均是冬季(31.9%，36.5%)夏季(28.2%，33.8%)春季(17.0%，13.5%)。0.10m系列对TP的去除率春季(56.2%)夏季(36.7%)冬季(24.7%)，0.30m系列对TP的去除率春季(47.9%)冬季(38.0%)夏季(34.4%)，0.60m系列对TP的去除率夏季(49.8%)春季(44.7%)冬季(33.4%)，以上说明在植物生长旺盛的春季植物吸磷作用对TP的去除具有积极作用。美人蕉由于根系发达和生物量大得到了较好的除磷效果，因此建议选用大型植物作为水培和人工湿地栽培作物，以便使各种除磷作用得到加强，从而提高除磷效果。 （6）选用黑麦草作为水培槽和人工湿地的常年栽培作物是可行的，不但减少了因植物换种带来的不便且黑麦草经济易得；选用0.10m系列水培槽和人工湿地不但更能取得较好的污染物去除效果，而且大大降低基建成本。当进水污染物浓度较高时，应降低进水负荷来保证污染物的去除效果；冬季建议采取保温措施，防止水培槽和人工湿地结冰影响污染物去除效果。同时，对湿地中的黑麦草要及时收割使植物吸磷作用得到加强。 【关键词】：人工湿地 水培槽 美人蕉 黑麦草 不同季节
【学位授予单位】：西安建筑科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：X703
【目录】：

• 摘要3-5
• Abstract5-10
• 1 绪论10-19
• 1.1 研究背景10-16
• 1.1.1 水培技术定义、应用和研究现状10-11
• 1.1.2 人工湿地分类、应用和研究现状11-14
• 1.1.3 水培和人工湿地技术中水生植物种类、作用及选择原则14-15
• 1.1.4 水培和人工湿地中污染物去除的影响因素15-16
• 1.2 研究目的意义、内容和技术路线16-19
• 1.2.1 研究目的意义和技术路线16-17
• 1.2.2 研究内容17-19
• 2 系统概况及实验方法19-23
• 2.1 系统概况19-22
• 2.1.1 试验地点和气候19
• 2.1.2 试验系统19-21
• 2.1.3 供试植物及系统运行21-22
• 2.1.4 进水水质22
• 2.2 试验方法22-23
• 3 水培槽净化效果及影响分析23-34
• 3.1 两种植物生长状况及分析23-26
• 3.2 两种植物进出水 DO、ORP、PH 变化分析26
• 3.3 两种植物对 SS 的净化效果分析26-28
• 3.4 两种植物对 COD 的净化效果对比及影响分析28-29
• 3.5 两种植物对氮的净化效果对比及影响分析29-31
• 3.6 两种植物对磷的净化效果对比及影响分析31-33
• 3.7 本章小结33-34
• 4 人工湿地净化效果及影响分析34-51
• 4.1 两种植物生长状况及分析34-36
• 4.2 两种植物进出水 DO、ORP、PH 变化分析36-37
• 4.3 两种植物对 SS 的净化效果对比及影响分析37-39
• 4.4 两种植物对 COD 的净化效果对比及影响分析39-42
• 4.5 两种植物对 N 的净化效果对比及影响分析42-47
• 4.5.1 总氮42-44
• 4.5.2 氨氮44-47
• 4.6 两种植物对 P 的净化效果对比及影响分析47-49
• 4.7 本章小结49-51
• 5 整个系统对污染物的去除率51-54
• 6 黑麦草冬季的净化效果及影响分析54-63
• 6.1 黑麦草生长状况54-55
• 6.2 COD 和 SS 的净化效果分析55-58
• 6.3 N 的净化效果分析58-61
• 6.4 P 的净化效果分析61-62
• 6.5 本章小结62-63
• 7 结论与建议63-65
• 致谢65-66
• 参考文献66-71
• 附录 硕士研究生学习阶段发表论文71

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