梯田式人工湿地处理生活污水处理研究

摘要

人工湿地污水处理技术的研究起源于20世纪70年代，由于该技术具有出水水质好、结构简单、投资省、运行管理费用低、操作管理便利等优点，特别适用于经济技术条件较差的地区及场所，目前已得到广泛的研究并实现了一定规模的工程化应用。然而，由于常见的人工湿地对生活污水的脱氮除磷效果不是很好，难以满足较高的出水水质要求。因此，本文提出构建梯田式人工湿地用于生活污水处理的方法，并通过小试及中试实验装置对梯田式人工湿地处理生活污水的效果进行了研究。 结果表明，梯田式人工湿地小试装置对生活污水的CODcr、NH<,4><'+>-N、TP平均去除率分别达到86.52％、80.5％、96.16％，出水浓度分别低于30mg/L、10mg/L、0.1mg/L，出水水质满足城镇污水处理厂污染物排放标准(GB 18918-2002)一级B标准。 梯田式人工湿地中试装置对生活污水中 NH4<,4><'+>-N、TN、TP、CODcr的负荷去除率分别是 2.15～5.09g/(m<'2>·d)、2.87～7.16g/(m<'2>·d)、0.48～2.41g/(m<'2>·d)、9.62～36.03 g/(m<'2>·d)，其相应的去除百分率分别为47.82～81.20％、45.7～74.9％、80.42～96.72％、54.82～86.37％。采用常规垂直流人工湿地作为对照实验，研究表明，梯田式湿地对生活污水中的NH<,4><'+>-N、TN、TP、CODcr的负荷去除率比常规垂直流湿地的分别高 0.13～0.69g/(m<'2>·d)、0.41～1.39 g/(m<'2>·d)、0.29～1.46 g/(m<'2>·d)、-0.07～2.39g/(m<'2>·d)，其相应的去除百分率分别高3.3～11.2％、2.7～9.7％、-3.94～9.74％、-0.2～7.4％。梯田式人工湿地出水好于常规垂直流人工湿地出水，特别是在氮磷去除上面明显好于垂直流湿地。梯田式湿地系统出水水质满足污水综合排放标准一级标准(GB 8978-1996)。 由于梯田式湿地系统中间增加了一个表面流湿地，强化了大气的自动复氧过程，使得湿地内溶解氧浓度有所增加，梯田式湿地系统出水DO为0.25～2.38mg/L，垂直流湿地系统出水DO为0.21～1.67 mg/L。水体经过表面流湿地后，DO增加了0.03～0.68 mg/L。 应用MPN法及PCR-DGGE技术对梯田式人工湿地系统内部硝化菌、反硝化菌的情况，湿地微生物种群及结构进行了分析，结果表明：梯田式人工湿地系统内部存在着大量的微生物。小试实验装置中硝化菌、反硝化菌数量变化范围分别为1.5×10<'5>MPN/g～4.2×10<'6>MPN/g、3.0×10<'5>MPN/g～1.86×10<'7>MPN/g，且硝化菌、反硝化菌的分布呈现一定的规律性。通过分析PCR-DGGE所得图谱可见，梯田式系统中菌种的演替随溶解氧呈梯度变化，且存在特征种属；其中各单池的微生物多样性指数分别为 2.47、2.23、2.18和2.05，明显优于垂直流系统的2.13和2．11，与梯田式湿地系统对污染物的去除率高于垂直流湿地的情况相对应。应用蚕豆根尖微核技术对梯田式人工湿地系统出水进行了安全性评价。结果表明：生活污水经过人工湿地处理后出水的致突变性大大降低，其中梯田式人工湿地处理系统出水的安全性高于常规垂直流人工湿地，出水基本无致突变性物质。

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文摘

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论文说明：图表目录

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第1章绪论

1.1人工湿地及其基本组成

1.1.1人工湿地填料

1.1.2人工湿地微生物和植物

1.2三种人工湿地

1.2.1表面流型人工湿地

1.2.2水平潜流型人工湿地

1.2.3垂直流型人工湿地

1.3本文主要目的与任务

1.3.1研究背景与主要目的

1.3.2构建梯田式人工湿地的思路

1.3.3本文研究的主要内容

1.3.4实验测定项目及分析方法

第2章人工湿地去除污染物的主要机理及人工湿地设计方法

2.1人工湿地对主要污染物的去除机理

2.1.1人工湿地对氮的去除机理

2.1.2人工湿地对磷的去除机理

2.1.3人工湿地对有机物的去除机理

2.1.4人工湿地对病原菌及其他污染物(SS、重金属)的去除机理

2.2人工湿地处理系统的设计方法

2.2.1表面流人工湿地(SFW)的设计

2.2.2水平潜流人工湿地(SSFW)的设计

2.2.3垂直流人工湿地(VFW)的设计

2.2.4人工湿地的其它设计问题

第3章梯田式人工湿地设计与运行

3.1梯田式人工湿地小试装置

3.1.1试验材料与方法

3.1.2结果与分析

3.2梯田式人工湿地中试装置

3.2.1梯田式人工湿地中试装置设计

3.2.2梯田式人工湿地中的溶解氧

3.2.3梯田式人工湿地对氮的去除

3.2.4梯田式人工湿地对磷的去除

3.2.5梯田式人工湿地对CODcr的去除

3.2.6梯田式人工湿地出水的紫外-可见光谱分析

3.3小结

第4章梯田式人工湿地中微生物的动态

4.1人工湿地微生物概况

4.1.1人工湿地中微生物数量及分布

4.1.2群落的物种多样性

4.2梯田式人工湿地内硝化菌、反硝化菌的研究

4.2.1实验材料与方法

4.2.2结果与分析

4.3 PCR-DGGE在环境微生物领域里的研究及应用

4.3.1 PCR(聚合酶链反应)扩增技术

4.3.2变性梯度凝胶电泳法(DGGE)

4.3.3 PCR-DGGE在人工湿地微生物领域里的研究及应用

4.4梯田式人工湿地微生物种群研究

4.4.1实验材料与方法

4.4.2 DNA的提取及纯化

4.4.3 DNA浓度及纯度检测

4.4.4 PCR扩增

4.4.5 DGGE分析PCR产物

4.5 PCR-DGGE结果分析

4.5.1 DNA提取结果

4.5.2 PCR扩增结果

4.5.3 DGGE结果

4.5.4物种多样性分析

4.5.5微生物群落结构多样性与净化效果的关系

4.6小结

第5章梯田式人工湿地出水安全性评价

5.1蚕豆根尖微核技术

5.1.1致突变物质

5.1.2微核技术概述

5.1.3蚕豆根尖细胞微核技术的建立

5.1.4蚕豆根尖微核试验与其他遗传毒性测试方法的比较

5.1.5蚕豆根尖微核试验的优点和不足

5.2利用蚕豆根尖微核技术对梯田式湿地系统出水进行安全性评价

5.2.1实验材料与方法

5.2.2结果与分析

结论

参考文献

附录

致谢