垂直流湿地在村镇生活污水处理中的应用研究

【摘要】：人工湿地(Constructed Wetlands)是近年来发展起来的一种废水处理技术。它具有出水水质好，投资省(只占传统二级处理技术的10％～50％)，结构简单，操作管理便利，运行费用低等特点。比较适合于资金少、能源短缺和技术人才缺乏的中小城镇和乡村。然而，现有的人工湿地技术水力负荷较小、占地面积大，氮、磷去除效率不理想。因此，寻找一种占地面积相对较小，氮和磷去除效率较高，操作管理更为方便的人工湿地新技术，成为该技术推广应用的关键。本研究针对以上现象，采用两种不同填料结构的垂直流湿地系统处理低浓度生活污水进行水力负荷研究，寻求最佳的水力负荷；为了简化操作和管理，进行了无阀垂直流湿地的设计和运行初探；采用6种不同性质的填料作为吸附剂，通过静态吸附试验和吸附动力学试验，定性定量地探讨了不同填料对磷的吸附性能，并设计了4种不同填料和填料结构的垂直流湿地小试系统进一步对填料的吸附性能进行测试。主要结果如下： 1．填料结构不同的垂直流湿地的最佳水力负荷不同。两种不同填料组合的垂直流湿地在5种水力负荷条件下的运行结果表明，双层填料湿地的最佳水力负荷为21.2cm／d，而多层填料湿地为42.4cm／d。在水力负荷为8.5cm／d，10.6cm／d，14.1cm／d，21.2cm／d的条件下，双层填料湿地和多层填料湿地对COD_(Cr)和NH_4~+-N的去除无明显差异，出水COD_(Cr)和NH_4~+-N浓度均低于30mp/L和5mg／L。两垂直流湿地COD_(Cr)净化负荷与有机污染负荷之间呈显著的正相关关系(n=42，R~2＞0.98)。垂直流湿地中氮的去除主要是依靠微生物的硝化和反硝化作用；进水水质、水力负荷和温度等影响湿地系统硝化和反硝化作用的进行，水力负荷为14.1cm／d时，TN去除效率与有机污染负荷呈正相关。 运行初期人工湿地填料的结构和水力负荷对污水中磷的去除有一定的影响。水力负荷为8.5cm／d～21.2cm／d时，双层填料湿地对磷的去除效率均可达97.5％。多层填料湿地的水力负荷为8.5cm／d和10.6cm／d时，对磷的去除率可达96.3％；当水力负荷为14.1cm／d～42.4cm／d时，人工湿地对TP的去除效率随水力负荷的增大而逐渐降低，分别为92.7％，81.2％和34.5％。磷的静态吸附实验表明，填料对磷的吸附是非常有限的。填料对磷吸附未饱和前，垂直流湿地对生活污水中的磷具有良好的去除效果；填料磷吸附饱和后，去除效果较差。 浙江大学硕士学位论文 2.设计了一套无阀垂直流湿地小试系统。利用该装置在冬季进行污水处理试 验，结果表明:在寒冷的冬季，水力负荷为8.scn订d，黑麦草无阀垂直流湿地对有 机物具有良好的去除效果，去除效率达85%，出水CODcr浓度低于50m叭;该湿 地对TN的去除效果稳定，去除效率为50%;TP的去除效率随运行时间的延长而 下降，为93 .5一54.2%0 3.不同填料对磷的吸附能力差异很大。钢渣对磷的吸附能力最强，且吸附速 率快。6种不同填料的等温吸附曲线均能较好的符合Langmuir和Freundlich方程， 单位体积填料的磷最大吸附量的顺序为:钢渣煤渣砂子高炉矿渣钨尾矿渣 碎石;FreUndlich常数n均大于1，填料对磷的吸附为优先吸附。煤渣在低磷浓度 的溶液中吸附能力很弱，不适合单独作为处理生活污水的人工湿地填料;碎石的最 大磷吸附量很小，对磷的吸附能力较弱。 4.不同填料结构的湿地对污水处理效果不同。几种不同填料结构垂直流湿地 小试系统运行结果显示，砂子一碎石组合对CODcr、TN的去除效果较好，但除磷 能力较小;而高炉矿渣一钢渣组合相反，这主要是因为强碱性的环境抑制了生物反 应所致。 5.填料性质、水力负荷、污水中TP浓度影响湿地使用寿命。水力负荷为8.5 cn岁d时，以钢渣和高炉矿渣为填料的#4湿地在TP浓度为1 Omg/L时，填料磷饱 和吸附时间为4.05年，而以砂子和碎石为填料的#1湿地为0.38年;水力负荷为 5.0c而d时，#4湿地在TP浓度为4mg/L时，填料磷饱和吸附时间可以长达16.21 年，而以砂子和碎石为填料的#1湿地为1.53年。 【关键词】：垂直流湿地 水力负荷 生活污水 硝化 反硝化 磷 吸附 无阀垂直流湿地 黑麦草
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2004
【分类号】：X703
【目录】：

• 第一章 前言11-35
• 1.1 我国村镇生活污水概况11-18
• 1.1.1 我国村镇生活污水的发生和排放特点11-12
• 1.1.2 村镇生活污水处理工艺选择12-18
• 1.1.3 村镇污水处理的现状与压力18
• 1.2 人工湿地在村镇生活污水处理中的应用18-23
• 1.2.1 人工湿地分类18-20
• 1.2.2 人工湿地对污染物的去除机理20-22
• 1.2.3 人工湿地存在的问题和不足22-23
• 1.3 提高人工湿地脱氮效率的措施23-25
• 1.3.1 理论硝化需氧量的计算23-24
• 1.3.2 提高脱氮效率的措施24-25
• 1.4 人工湿地中的硝化和反硝化及影响因素25-29
• 1.4.1 硝化和反硝化理论25-26
• 1.4.2 影响硝化和反硝化的因素26-28
• 1.4.3 人工湿地中氮的去除及影响因素28-29
• 1.5 人工湿地对污水中磷的去除29-31
• 1.5.1 影响人工湿地中磷去除的因素30
• 1.5.2 人工湿地填料的选择30-31
• 1.6 论文构思和研究目的31-35
• 1.6.1 论文构思31-32
• 1.6.2 研究目的32-35
• 第二章 垂直流湿地水力负荷试验研究35-51
• 2.1 试验装置与方法35-36
• 2.1.1 试验装置35-36
• 2.1.2 水力负荷试验36
• 2.2 结果与讨论36-49
• 2.2.1 污染物去除效果36-41
• 2.2.2 污染物的沿程变化41-46
• 2.2.3 氮的去除机理分析46-48
• 2.2.4 TP的去除机理分析48-49
• 2.3 结论49-51
• 第三章 无阀垂直流湿地设计及运行初探51-57
• 3.1 前言51
• 3.2 材料与方法51-53
• 3.2.1 无阀垂直流湿地小试系统设计51-52
• 3.2.2 湿地系统的运行52
• 3.2.3 分析测定52-53
• 3.3 结果与讨论53-55
• 3.3.1 无阀垂直流湿地对有机物的去除效果53
• 3.3.2 无阀垂直流湿地对氮的去除效果53-54
• 3.3.3 无阀垂直流湿地对TP的去除效果54-55
• 3.4 结论55-57
• 第四章 人工湿地填料的筛选(静态试验)57-69
• 4.1 材料与方法57-60
• 4.1.1 试验材料与仪器57-58
• 4.1.2 填料的基本理化性质分析58-59
• 4.1.3 填料磷吸附试验59-60
• 4.2 结果与讨论60-67
• 4.2.1 填料等温吸附曲线60-63
• 4.2.2 填料磷吸附速率曲线63-66
• 4.2.3 磷吸附与填料性质关系66-67
• 4.3 结论67-69
• 第五章 垂直流湿地填料结构研究69-82
• 5.1 试验材料与方法69-70
• 5.1.1 垂直流湿地填料结构设计69-70
• 5.1.2 小试系统运行70
• 5.1.3 分析项目和测试方法70
• 5.2 垂直流湿地处理生活污水效果分析70-76
• 5.2.1 有机物的去除70-72
• 5.2.2 氨氮的去除72-73
• 5.2.3 进出水中硝氮浓度的变化73
• 5.2.4 总氮的去除73-74
• 5.2.5 总磷的去除74-76
• 5.3 #1和#2湿地污染物的沿程变化76-79
• 5.3.1 COD_(Cr)的沿程变化76-77
• 5.3.2 氮素的沿程变化77-79
• 5.3.3 TP的沿程变化79
• 5.4 垂直流湿地的运行管理研究79-80
• 5.5 结论80-82
• 第六章 结论与展望82-86
• 6.1 研究结论82-84
• 6.2 展望84-86

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