ABR-复合型人工湿地组合工艺处理农村生活污水的研究

摘要

近年来，城镇生活污水大都进入了城镇生活污水处理厂。但是在广大的农村地区，由于地形地势条件复杂、经济发展滞后、居住分散、污水收集困难等一系列原因，导致与之配套的污水处理基础设施不健全，甚至是处于空白地带。倘若农村生活污水未经处理便直接排放，就会引发严重的生态环境问题，因而解决农村生活污水直排问题是一个迫切的现实需要。但是，当前相对成熟的污水处理技术却不能完全适用于多数农村地区的现实状况。本文基于农村生活污水单日排放量较小、污染负荷较低以及早中晚间歇性排放等特点，设计了ABR-复合型人工湿地组合工艺处理农村生活污水。
　　首先，通过对无烟煤、煤渣、生物陶粒、砂岩及页岩砖渣五种基质填料进行吸附除磷性能研究，以掌握影响基质发挥吸附效能的控制性因素及其相关参数。其次，构建厌氧折流板反应器（ABR）及页岩砖渣（YYZZ）、火山岩（HSY）、生物陶粒（SWTL）与无烟煤（WYM）等四类垂直流人工湿地，然后，通过调节低、中、高三种进水污染物负荷以及控制污染物的水力停留时间（HRT）来研究各级污水处理单元在挂膜期、运行期对于农村生活污水的处理效能。最后，搭建表面流人工湿地（SFW）与潜流人工湿地（SSFW）作为农村生活污水的二级处理单元，对污水再次进行深度脱氮除磷处理。其具体实验结果如下：
　　（1）通过等温吸附拟合发现，Langmuir等温吸附方程适合描述煤渣及生物陶粒，而Freundlich等温吸附方程适合描述无烟煤、砂岩及页岩砖渣。五种基质中煤渣的理论饱和吸附量（Qm）最大，为1212.34 mg/kg，其次是砂岩、无烟煤与页岩砖渣，而生物陶粒的理论饱和吸附量相对较小，为405 mg/kg。
　　溶液初始浓度、基质粒级与用量、溶液酸碱度、有机物类型及其浓度和无机阴离子等控制因素均会影响基质对于污水中氮磷元素的吸附去除效果。五种基质所吸附磷素量随着溶液初始浓度递增而逐渐增大；其中1 mm粒级的煤渣、生物陶粒页岩砖渣及5 mm粒级的无烟煤与砂岩吸附磷效果最好；当生物陶粒、页岩砖渣煤渣、无烟煤及砂岩的固液比为4 g/50 ml时，其吸磷效率明显提高，分别达到96％、95.6%、95.2%、57%与51%的水平，而继续提高固液比，相应吸磷率则没有明显变化；溶液pH在5～10范围递增时，对生物陶粒、砂岩及页岩砖渣的吸附除磷无显著影响，却明显抑制了无烟煤与煤渣的吸附性能；葡萄糖、腐殖酸、草酸及柠檬酸等有机质抑制了基质吸附除磷，且随着有机质浓度递增，其抑制效果愈加明显，但是葡萄糖、草酸及柠檬酸浓度的递增却促进了砂岩基质吸附磷量，净增量达到120 mg/kg；NO3-及 SO42-等无机阴离子对无烟煤、煤渣及砂岩吸附除磷性能有一定影响，但Cl-、HCO3-及混合阴离子对五种基质的吸磷率则无明显影响。
　　（2）挂膜阶段ABR进水中COD、TN、NH4+-N、TP分别在137～298 mg/L、12.3～33.5 mg/L、7.3～11.8 mg/L与3.8～14 mg/L的范围内递增，到第15～20 d时挂膜成功，即使高负荷进水，其去除率也分别稳定在36%、10%、24%、18%；而四类垂直流人工湿地进水中 COD、TN、NH4+-N、TP分别在71～180 mg/L、8～30.5 mg/L、6～16 mg/L、4.2～7.8 mg/L的范围，到挂膜后期，SWTL与HSY对COD的去除率较好，达到80%以上，而WYM对于TN与NH4+-N的去除率则相对较低，在40%～50%范围，YYZZ则对TP的去除率介于其间，在65%上下。
　　调控研究阶段，控制污水在ABR内的HRT为8、12、24 h及进水中污染物负荷（低、中、高），发现HRT为12h与24h时，其出水中COD、TN、TP的去除率分别为36%、11%、19%与45%、10%、20%，而出水中NH4+-N含量没有减少反而增加，其增加率分别为9.5%与8.6%；另外，随着进水中污染物负荷递增其出水中COD、TN、TP的去除率有所下降，最后其平均去除率分别稳定在30%、11%、19%，而NH4+-N含量增加率在13.2%～22%的范围。YYZZ、HSY、SWTL及WYM四类垂直流人工湿地随着进水中污染物负荷提高，相应的污染物去除率有所下降。而即使高污染然负荷下，四类湿地系统对COD、TN、NH4+-N、TP的最低去除率也达到57%、34%、75%、40%，而NO3--N的含量明显增加，增长率高达480%。
　　（3）挂膜阶段表面流人工湿地与潜流人工湿地两级系统进水中 COD、TN、NH4+-N、NO3--N及TP的含量分别处于98～196 mg/L、8.7～31.7 mg/L、4.8～15.7 mg/L、0.5～4.8 mg/L与2.9～5.6 mg/L的区间。而挂膜后期其出水中污染物所对应的去除率有所下降，但是相应的去除率比较稳定，波幅较小分别保持在85%、65%、90%、92%及75%上下。
　　调控研究阶段控制污水在湿地内的HRT为4、8、12h时，而当HRT为8 h时，两级人工湿地系统对于COD、TN、NH4+-N、NO3--N及TP的综合平均去除率分别为87%、98%、68%、98%与92%。另外，进水中COD、TN、NH4+-N及TP的含量在225～445 mg/L、24～37 mg/L、8.3～16.2 mg/L与4～8.9 mg/L范围时，其污染物去除率仍保持在80%、55%、81%与75%的水平；同时，NO3--N的去除率保持在60%以上，说明硝酸盐发生反硝化作用脱氮效果明显，其出水水质能够达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918-2002）一级B标。

目录

声明

第1章 文献综述

1.1 基质吸附除磷性能研究

1.2 厌氧折流板反应器处理农村生活污水的研究

1.3 组合人工湿地处理农村生活污水的研究

1.4展望

第2章 引言

2.1研究目的及意义

2.2研究内容

2.3技术路线

第3章 试验材料与方法

3.1试验材料

3.2基质静态吸附除磷试验

3.3基质吸附除磷性能影响因素试验

3.4基质吸附除磷动力学试验

3.5 ABR-垂直流人工湿地组合工艺构建

3.6组合人工湿地的构建

3.7水质指标监测及方法

第4章 基质吸附除磷性能研究

4.1基质吸附除磷等温模型应用

4.2基质等温吸附曲线拟合状况及参数

4.3影响基质吸附除磷性能的相关因素研究

4.4基质吸附除磷动力学分析

4.5本章小结

第5章 ABR-垂直流人工湿地处理农村生活污水

5.1启动阶段ABR-垂直流人工湿地处理农村生活污水的研究

5.2 ABR-垂直流人工湿地处理农村生活污水的调控研究

5.3 进水污染物负荷及各处理与出水养分的相关性分析

5.4本章小结

第6章 组合人工湿地处理农村生活污水

6.1启动阶段组合人工湿地处理农村生活污水

6.2组合人工湿地处理农村生活污水的调控研究

6.3本章小结

第7章 结论与展望

7.1结论

7.2问题与展望

参考文献

致谢

在学期间所发表论文及参加课题