侧向潜流人工湿地污水处理温室气体减排试验研究

摘要

全球气候变化是当今世界共同面对的一项极其重要的课题，也是未来几十年内，世界各国政府部门和公众遇到的最大挑战之一。研究表明：在未来几十年里，温室气体减排领域具有相当大的潜力，这一潜力能够放缓全球温室气体排放的增长或将排放降到当前水平以下。据联合国气候变化框架公约统计，2005年全球污水处理领域直接排放的温室气体约为6.4亿吨CO2当量。我国由于人口基数大，污水处理设施发展相对滞后以及广大农村地区污水处理设施的不完善，在污水处理领域排放的CH4位居世界第一，约占排放总量的1/5；排放的N2O也位居世界前列，约占排放总量的1/5。
　　人工湿地污水处理技术在国内外均有较多研究，以水质达标为目标，对人工湿地的池型、运行方式等已取得了较大的技术进步，并得到了推广应用。但是，人工湿地污水处理过程中同样伴有 CH4、N2O等温室气体的排放，目前对其相关研究尚不深入。
　　通过对侧向潜流人工湿地污水处理系统N2O在时间、空间上以及沿程的排放规律与特征研究，进行了人工湿地中的氮质量平衡分析，研究了进水水质、干湿交替、温度以及pH等相关因素对人工湿地污水处理温室气体排放的影响，同时，通过优化人工湿地，池型构造与运行方式，提出了侧向潜流人工湿地污水处理系N2O等温室气体减排技术。主要研究内容与结果如下：
　　（1）侧向潜流人工湿地污水处理系统N2O排放时空规律研究。侧向潜流人工湿地N2O年平均通量231.26μg/m2?d，总体上表现为N2O的源。人工湿地N2O通量存在明显的季节性、日变化和沿程渐减的特征，N2O的排放通量的最大值出现在9月份，一天之中的最大值与最小值分别出现在中午与凌晨，植物的生长活动规律与温度对N2O通量有一定的影响；人工湿地在进水端的N2O通量明显高于出水端，进水端污水浓度较高，充分的C/N促进了硝化与反硝化反应的进行，加剧了N2O的释放。
　　（2）侧向潜流人工湿地污水处理系统氮质量平衡研究。本文基于污水处理与湿地生态系统的复合特征，构建了人工湿地中的氮质量平衡模型和N2O排放估算方法。根据人工湿地设计构造与运行方式，进行了相关参数与边界条件的设定，可快速估算N2O的排放量。该方法在重庆市污水处理温室气体排放基准线和重庆市某湿地公园温室气体排放的测算结果表明，人工湿地具有较大的温室气体减排潜能。
　　（3）侧向潜流人工湿地污水处理N2O排放通量影响因素试验研究。进水水质、温度、干湿交替等因素均会影响人工湿地 N2O的释放。在最大水力负荷下，N2O的释放通量最高可达290.35μg/m2?d，最低仅为82.47μg/m2?d，在相同水力负荷下，随着进水浓度的增加，N2O排放通量也随之增加；C/N对N2O排放通量影响较大，C/N=5-10时，人工湿地中N2O排放通量为110μg/m2?d左右，当C/N=15时，N2O排放通量可达735.94μg/m2?d；pH对N2O排放通量影响也比较明显，在pH>6.8时，人工湿地N2O释放通量约为5μg/m2?d，几乎没有N2O释放，当pH<6.8时，人工湿地N2O释放通量可达298.3μg/m2?d；随着进水盐度的增加，N2O排放通量也随之增加，N2O排放通量随亚硝酸盐含量增加的增长趋势较硝酸盐快。盐度为0.45mg/L时，硝酸盐和亚硝酸盐分别释放的N2O通量为84.26μg/m2?d、105.97μg/m2?d；盐度为2.25mg/L时，硝酸盐和亚硝酸盐释放的N2O通量分别为234.56μg/m2?d、499.28μg/m2?d；温度对人工湿地N2O排放通量有一定影响，温度较高时N2O排放通量也较高，水温为28℃时，N2O排放通量为298.31μg/m2?d，水温为6℃时，N2O排放通量为76.39μg/m2?d；干湿交替会促进人工湿地N2O的排放。通过稳定进水水质、避免干湿交替、控制工艺参数等措施能够有效减少N2O的排放。
　　侧向潜流人工湿地污水处理温室气体减排试验的研究成果，将为控制人工湿地污水处理系统的温室气体减排提供理论依据。为进一步微观机理方面深化分析系统中温室气体产生的本质奠定基础，具有重要的现实意义。

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1 绪 论

1.1 温室气体的环境效益及其源与汇

1.2 污水处理领域温室气体排放研究现状

1.3 人工湿地温室气体排放研究现状

1.4课题来源、研究目的、研究内容

2 试验材料及测试方法

2.1试验装置

2.2 试验水质

3 侧向潜流人工湿地氮质量平衡与温室气体估算研究

3.1侧向潜流人工湿地工艺效能研究

3.2 侧向潜流人工湿地氮质量平衡模型的建立

3.3 侧向潜流人工湿地氮质量平衡试验研究

3.4人工湿地温室气体减排估算研究

3.5本章小结

4 侧向潜流人工湿地N2O排放及影响因素研究

4.1 侧向潜流人工湿地N2O排放研究

4.2 进水水质对N2O通量的影响研究

4.3 干湿交替对N2O通量的影响研究

4.4 温度对N2O通量的影响研究

4.5 侧向潜流人工湿地优化措施

4.6本章小结

5 结论与建议

5.1结论

5.2 建议

致谢

参考文献

附录