不同基质垂直流人工湿地对生活污水的净化效果分析

摘要

目前人工湿地常用的基质一般为土壤、河砂和砾石,这类基质净化效率低,容易吸附饱和,且除磷脱氮的能力不高,致使出水中氮、磷浓度较高。针对于此,本试验研究选择了沸石、草炭、蛭石、页岩、砂子5种基质,利用模拟土柱系统模拟人工湿地对生活污水的处理,主要研究基质种类、深度、运行方式及运行时间等因素对污水处理效果的影响,在单因素试验分析的基础上对综合处理效果最好的两种基质进行了水力负荷、水力停留时间的正交试验,并分析了吸附饱和后基质的再生处理方法及可行性。
　　 设计的模拟土柱系统由进水系统、土柱系统和出水系统组成,进水系统由蓄水池、供水箱、潜水泵、水量控制开关及引水管组成。模拟土柱系统设1.2m和1.6m两组,每组5个土柱,分别填充沸石、草炭、蛭石、页岩、砂子5种基质,基质上方设布水层,下方设承托层,1.2m组土柱分别在20cm、50cm、100cm处设取样点,1.6m组土柱分别在80cm、120cm、140cm处设取样点。
　　 两组模拟土柱分别以两种运行方式连续运行了80天。每两天进水一次,每8天在进水及各个土柱设定的取样点处取样一次,每次取样31个,分别测定5种基质对COD、BOD5、TN、TP各指标的去除率,共测得1240个数据,用SAS软件编程进行显著性检验、回归分析,做出模糊综合评判。然后在100cm处,水力负荷取0.3m/d、0.4m/d,水力停留时间取3.5h、4.2h两个水平,选择草炭和页岩进行L4(23)正交试验,测得48个数据,采用综合平衡法进行分析。通过试验研究得出以下结论:
　　 1.各基质去除COD的能力依次为蛭石>沸石>页岩>草炭>砂子,去除BOD5的能力依次为页岩>蛭石>草炭>沸石>砂子,去除TN的能力差别不明显,沸石、蛭石、页岩的处理效果稍好,对TP的去除能力依次为草炭>页岩>砂子>沸石>蛭石。根据4个指标的权重不同综合评判为草炭>页岩=蛭石>沸石>砂子。
　　 2.基质深度的增加对4个指标处理效果的影响不同。对COD和BOD5来说,当深度在80cm以内时,沸石、草炭、蛭石、页岩、砂子对其的去除率随深度的增加而增大,当深度超过80cm后,除砂子之外,其它4种基质的这种增大趋势都不太明显。对TN来说,深度对各基质的处理效果无明显影响。对TP来说,当深度在100cm以内时,5种基质对TP的去除率均随深度的增加而明显增大,当深度超过100cm后,各基质的这种增大趋势都不太明显。因此,对这4个指标而言,基质的填充深度应为100cm。
　　 3.在100cm深度处,随水力负荷的增大和水力停留时间的缩短,沸石、草炭、蛭石、页岩、砂子对COD的去除率分别下降了9.26％、6.24％、1.76％、10.15％、0.26％,对BOD5的去除率分别下降了18.71％、9.82％、6.87％、2.36％、9.34％,对TP的去除率分别下降了3.99％、1.69％、5.53％、22.19％、22.65％,对TN的去除率影响为沸石、蛭石分别下降了2.56％、19.78％,草炭、页岩、砂子分别上升了19.81％、1.04％、18.16％。因此,水力负荷的增大和水力停留时间的缩短对这4个指标均有明显影响。
　　 4.对基质种类、水力负荷、水力停留时间、基质深度、环境温度、运行时间等6个因素进行回归分析,结果表明影响COD去除效果的最大因素为基质种类、基质深度和环境温度,影响BOD5去除效果的最大因素为基质种类,影响TN去除效果的最大因素为基质种类和环境温度,影响TP去除效果的最大因素为基质种类和运行时间。因此基质种类对污水处理效果的影响最大,在对TP含量较高的污水处理中,还要注意系统运行时间的影响。
　　 5.由正交试验得出最优水平组合为A1B2C2,即基质为草炭、水力负荷为0.3m/d、水力停留时间为4.2h。

目录

文摘

英文文摘

第一章 绪论

1.1 引言

1.2 国内外研究现状

1.2.1 人工湿地简介

1.2.2 人工湿地在国内外的应用现状

1.2.3 国内外对人工湿地基质的研究现状

1.3 研究目标、内容与思路

1.3.1 研究目标

1.3.2 研究内容

1.3.3 研究思路

第二章 基质的理化性质与模拟土柱设计

2.1 基质理化性质的分析

2.1.1 沸石(zeolite)

2.1.2 草炭(Peat composed of rotten mosses)

2.1.3 蛭石(vermiculite)

2.1.4 页岩(shale)

2.1.5 砂子(sand)

2.2 基质理化性质的测定

2.2.1 基质理化性质与污水净化效果的关系

2.2.2 基质基本性质和矿物含量的测定

2.2.3 筛分曲线的绘制

2.3 模拟土柱设计

2.3.1 试验方法选择

2.3.2 模拟土柱主体设计

2.3.3 进水和出水系统

2.4 模拟土柱的填充

第三章 模拟试验

3.1 试验材料

3.1.1 试验装置

3.1.2 试验用污水

3.2 运行方法

3.3 运行参数的确定

3.3.1 渗滤速率(K)

3.3.2 有效空隙率(ε)

3.3.3 水力停留时间

3.3.4 水力负荷HL

3.4 运行与测量

第四章 试验结果分析

4.1 不同基质对污水中各指标的去除效果的影响分析

4.1.1 对COD的去除效果分析

4.1.2 方差分析及基质差异显著性分析

4.1.3 对BOD5的去除效果分析.

4.1.4 方差分析及基质差异显著性分析

4.1.5 对TN的去除效果分析

4.1.6 方差分析及基质差异显著性分析

4.1.7 对TP的去除效果分析

4.1.8 方差分析及基质差异显著性分析

4.2 模糊综合评判

4.2.1 模糊综合评判原理

4.2.2 确定各指标的权重

4.2.3 模糊综合评判结果

4.3 运行方式对污水处理效果的影响分析

4.3.1 对COD的去除效果的影响分析

4.3.2 对BOD5的去除效果的影响分析

4.3.3 对TN的去除效果的影响分析

4.3.4 对TP的去除效果的影响分析

4.4 基质深度对污水处理效果的影响分析

4.4.1 对COD去除效果的影响分析

4.4.2 对BOD5去除效果的影响分析

4.4.3 对TN去除效果的影响分析

4.4.4 对TP去除效果的影响分析

4.5 各因素对处理效果影响的显著性分析

4.5.1 多元线性回归及回归系数的显著性检验

4.5.2 对COO去除效果的显著性分析

4.5.3 对BOD5去除效果的显著性分析

4.5.4 对TN去除效果的显著性分析

4.5.5 对TP去除效果的显著性分析

4.6 运行方式的正交试验

4.6.1 试验目的

4.6.2 正交试验设计

4.6.3 指标测量

4.6.4 正交分析

第五章 基质的后处理和再生性分析

5.1 吸附饱和后的基质用于农业生产上的可行性分析

5.2 各基质的再生性和再利用性分析

5.2.1 沸石

5.2.2 草炭

5.2.3 蛭石

5.2.4 页岩

5.2.5 砂子

第六章 结论和建议

6.1 结论

6.2 存在问题与建议

参考文献

附录1 COD测量数据及去除率

附录2 BOD5测量数据及去除率

附表3 TN测量数据及去除率

附表4 TP测量数据及去除率

附录5 各基质在6个高度处对BOD5的处理效果

附录6 各基质在6个高度处对TN的处理效果

附录7 各基质在6个高度处对TP的处理效果

附录8 2 种运行方式下各基质在80cm和100cm处对BOD5的处理效果

附录9 2 种运行方式下各基质在80cm和100cm处对TN的处理效果

附录10 2种运行方式下各基质在80cm和100cm处对TP的处理效果

附录11 实验装置图

致谢