序批式深床人工湿地处理效能及微电解填料研究

摘要

针对传统人工湿地除磷脱氮效能低，占地面积大等问题，课题组前期开发的序批式人工湿地(SCW)很好的解决了湿地系统脱氮效能低的问题，在此基础上提出序批式深床人工湿地(DSCW)技术，通过增大湿地系统深度，以期大幅度减小人工湿地的占地面积，同时开发基于人工湿地系统的微电解填料，以增强系统除磷效能及其处理效能的稳定性。研究重点考察了深度对DSCW系统处理效能的影响，系统研究了填料粒径、运行工况、冬季低温、湿地级数等因素对其效能的影响，得出了DSCW系统关键工况参数。此外，首次将微电解填料应用于处理生活污水的人工湿地系统中，对铁碳和铝碳微电解填料处理生活污水效能进行了试验比选，系统研究了pH、反应时间、负荷、填料粒径及配比等因素对铁碳微电解填料处理生活污水效能的影响及机理，并通过正交试验考察了pH、负荷、反应时间等因素对微电解填料处理效能的综合影响，得出了pH、负荷及反应时间对处理效能定量综合影响的正交回归方程。研究得出的主要结论如下：
　　 深度影响试验结果表明，DSCW系统床体深度为0.55m、1.1m和1.9m时，其COD去除率分别为83.9％、85.0％和82.4％，NH4+-N去除率分别为48.3％、56.9％和57.1％，TN去除率分别为48.5％、53.2％和42.6％，PO3-4-p去除率分别为57.3％、67.0％和67.5％，序批式人工湿地系统深度增加对其处理效能无显著影响。DSCW系统面积负荷为146.7gCOD/m2.d、35.7 gTN/m2.d和2.4g PO3-4/m2.d，较传统人工湿地分别提高93.4 gCOD/m2.d、26.9gTN/m2.d和1.53 gPO3-4/m2.d，处理单位水量占地1.87m/(m3.污水)，占地面积减少80％。
　　 运行工况试验结果表明，温度为20℃～30℃时，DSCW系统最佳运行工况为“进水8min～反应12h～出水8min～闲置12h”，与深度为0.5m的浅床SCW系统最佳工况(排空闲置期为4h)相比，DSCW系统的闲置时间增加了3倍。
　　 冬季效能试验结果表明，两级DSCW系统处理效能较单级系统明显提高。温度为8℃～10℃，进水COD、NH4+-N、TN和PO3-4-p浓度分别为253mg/L、59.3mg/L、69.6mg/L和4.7mg/L时，两级DSCW系统出水分别为12.4mg/L、15.0mg/L、14.8mg/L和1.2mg/L，总去除率为95％、74.7％、78.7％和78.0％。对于COD、NH4+-N、TN和PO3-4-p去除的分担率，第一级DSCW系统分别为72.0％、38.9％、41.1％和58.0％，第二级DSCW系统分别为22.4％、38.1％、35.2％和19.1％。其中，COD和TN出水浓度达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918-2002)一级A类标准，NH4+-N出水达一级B类标准，PO3-4-p出水接近一级B标准。此时，处理单位水量占地面积为3.8m2/(m3污水)。
　　 铁碳微电解填料处理生活污水单因素影响试验结果表明，系统最佳工况参数为：进水pH值为7～8，反应时间为3h时，负荷为1.39kgCOD/(m3铁碳·d)，Fe/C体积比1∶1，铁屑、活性炭粒径均为16目。在最佳工况条件下，铁碳系统可使进水COD、NH4+-N、TN和PO3-4-p分别为300mg/L、57.4mg/L、66.0mg/L和4.1mg/L的生活污水，出水降至61.3mg/L、16.9mg/L、17.3mg/L和0.1mg/L，去除率分别为78.5％、74.9％、77.5％和98％。随着运行时间的增加铁碳微电解系统对COD和PO3-4-p的去除效能表现出良好的稳定性，但NH4+-N去除效能呈下降趋势。
　　 铁碳微电解填料的正交试验结果表明：对COD、NH4+-N及PO3-4-p处理效能影响显著的因素分别为负荷，pH值、反应时间和负荷，反应时间。pH值(pH)、负荷(N)及反应时间(T)对铁碳微电解系统处理生活污水中效能综合影响的正交回归方程分别为：ηCoD(％)=85.7+1.15pH-37.2T+1.45Nη氨氦(％)=42.8+3.25pH-28.8T+2.6Nη磷酸盐(％)=96.8-0.6pH+2.8T-0.7N
　　 研究以解决人工湿地应用中的瓶颈问题为目标，具有较强的针对性，开发的DSCW湿地技术在用地紧张的小城镇和农村具有良好的适应性和推广应用价值。微电解填料的开发将增强湿地系统的处理效能和稳定性，研究具有重要的实用价值和现实意义。

目录

文摘

英文文摘

声明

1绪论

1.1研究背景

1.1.1小城镇及农村污水处理存在的问题

1.1.2人工湿地应用于小城镇污水处理的优势及问题

1.2人工湿地工艺研究进展

1.3人工湿地除磷技术研究进展

1.3.1人工湿地除磷机理研究

1.3.2人工湿地除磷效能研究

1.4人工湿地填料的研究进展

1.4.1人工湿地填料类型

1.4.2填料粒径级配、组合应用及去污效能

1.5微电解填料的研究现状

1.5.1铁碳微电解技术的基本原理

1.5.2铁碳微电解在废水处理中的应用

1.6课题的提出、研究目的和内容

1.6.1问题的提出、研究目的及意义

1.6.2研究内容

2试验材料与方法

2.1试验装置

2.2分析项目与测试方法

3序批式深床人工湿地(DSCW)处理效能试验研究

3.1序批式深床人工湿地(DSCW)的启动

3.1.1试验装置

3.1.2试验水质

3.1.3试验方法

3.1.4试验结果及分析

3.2湿地深度对SCW系统处理效能的影响研究

3.2.1试验装置及方法

3.2.2试验结果与分析

3.3填料粒径对DSCW系统处理效能影响研究

3.4运行工况对DSCW系统处理效能影响研究

3.4.1试验装置及方法

3.4.2试验结果与分析

3.5序批式深床人工湿地冬季运行效能试验研究

3.5.1单级序批式深床湿地对生活污水的冬季处理效能

3.5.2两级序批式深床人工湿冬季运行效能

3.7本章小结

4序批式人工湿地微电解填料处理生活污水效能试验研究

4.1.Al/C微电解填料处理生活污水效能影响因素研究

4.1.1试验装置及材料

5.1.2试验水质

4.1.3试验方法

4.1.4试验结果与分析

4.2最佳工况下Al/C微电解填料处理生活污水效能研究

4.2.1试验装置

4.2.2试验水质

4.2.3试验方法

4.4.4试验结果与分析

4.3 Al/C与Fe/C填料处理生活污水效能对比试验研究

4.3.1试验装置

4.3.2试验水质

4.3.3试验方法

4.3.4试验结果与分析

4.4 Fe/C微电解填料处理生活污水效能影响因素研究

4.4.1单因素影响试验研究

4.4.2 Fe/C系统处理生活污水因素综合影响试验研究

4.4.3因素综合影响的定量分析研究

4.5最佳工况下Fe/C微电解系统处理生活污水效能研究

4.5.1试验装置

4.5.2试验水质

4.5.3试验方法

4.5.4试验结果与分析

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