人工湿地中填料床的构建与除磷效应研究

摘要

目前,水体富营养化越来越严重。据统计世界上40％、我国65％的湖泊和水库已发生不同程度的富营养化。水体富营养化的重要控制因素是磷,而人工湿地中的填料对磷的吸附、过滤等物化作用是其最主要的除磷途径之一,因此填料的选择等研究在应用人工湿地除磷上具有重大意义。
　　 本文选取煤渣、红壤、石灰石、天然蛭石和河沙五种填料,进行单一填料的静态吸附试验、复合填料的动态柱状试验以及复合填料床的构建效果研究试验。其目的是考察五种单一填料对磷的理论吸附能力,比较不同组合填料的除磷能力,构建新型的三级潜流湿地,为组合人工湿地提供了一种新的思路。
　　 静态吸附试验结果表明:
　　 ①五种供选填料在本试验条件下,煤渣对磷的吸附量最大,红壤次之,石灰石、天然蛭石和河沙的吸附能力较小。其中煤渣、红壤和石灰石用Langmuir方程和Freuｎdlich方程拟合实验数据的相关系数都较好,而河沙用Langmuir方程拟合实验数据较好,天然蛭石用Freundlich方程拟合实验数据较好。
　　 ②吸附质的量与pH值的大小直接影响着填料的吸附能力。
　　 动态柱状试验结果表明:
　　 ①三种填料组合方式中,天然蛭石－红壤－石灰石复合基质除磷效果最好,总磷平均去除率高达83％,无机正磷酸盐去除率达85％,出水浓度达到了污水综合排放中的Ⅰ类标准(GB8978-1996)。
　　 ②pH值与出水总磷浓度呈对数相关,相关性较高。
　　 ③复合基质的除磷机制主要是吸附净化,容易达到吸附饱和。当填料达到吸附饱和后除磷作用明显降低,需更换填料或再生。本实验采用落干二周后,各柱除磷率均有回升,柱1去除率从60％上升到80％。
　　 复合填料床构建研究试验结果表明:
　　 ①本试验构建的四个三级潜流湿地中,在水力负荷为1m3/m2.d的条件下,2号系统整体的除磷效果最好,总磷的平均去除率高达95.61％,且除氮和有机物能力也较强,有机物去除率为84.49％,总氮的去除率为61.29％,出水水质基本达到一级排放标准。如果将其作为人工湿地系统的一个单元,则可以大大提高湿地系统的处理效率。
　　 ②有植物系统去污效果较无植物系统去污效果好,有植物系统对磷的去除率高于无植物系统3％左右,有机物和氮的去除率高于无植物系统9％左右；每个系统的A池种植植物不同,结果表明:种植美人蕉的池子比风车草和二者混种的池子的去污效果都好。2号系统的A池去污效果较其它系统的A池的好,对磷的去除率要高于其它系统A池的20％左右,氮的去除率高于其它系统A池的10％左右,有机物的去除率高于其它系统A池的4％-12％。
　　 ③不同系统的B池的除磷效果比较:蛭石:红壤河沙混合体:石灰石的比例为1:2:1的系统(2号系统)除磷效果最好。不同系统C池的除磷效果比较:蛭石:煤渣:石灰石的比例为1:3:1的系统(1号系统)除磷效果最佳。在实际应用中,针对不同的湿地和不同的处理要求,我们要综合考虑填料的性质、湿地植物的生态价值和景观价值等因素,以实现湿地污水处理系统的最大效益。

目录

文摘

英文文摘

1 绪论

1.1 对污水中磷的控制现状及目前处理技术

1.1.1 磷的存在形态

1.1.2 磷元素的生物作用及生态效应

1.1.3 国内外控磷方法现状

1.1.4 传统除磷技术

1.2 人工湿地

1.2.1 概述

1.2.2 国内外人工湿地技术的应用现状

1.2.3 人工湿地的组成及净化机理

1.3 人工湿地除磷

1.3.1 研究进展

1.3.2 机理研究

1.3.3 人工湿地的应用及前景展望

1.4 课题研究意义及研究内容

1.4.1 课题研究意义

1.4.2 研究内容

1.4.3 技术路线

2 单一填料的静态摇床吸附试验研究

2.1 试验材料及方法

2.1.1 填料

2.1.2 试验方法

2.1.3 分析方法

2.1.4 试验仪器

2.2 结果与分析

2.2.1 初始浓度吸附影响试验

2.2.2 曲线拟合

2.2.3 吸附介质量影响试验

2.2.4 PH值影响试验

2.3 小结

3 复合填料的动态柱状试验研究

3.1 试验材料与方法

3.1.1 填料

3.1.2 试验方法

3.1.3 分析方法及仪器

3.2 结果与分析

3.2.1 天然蛭石柱动态吸附试验

3.2.2 组合填料柱穿透试验

3.2.3 影响除磷效果的因素

3.3 小结

4 复合填料床的构建效果研究

4.1 试验材料和方法

4.1.1 填料

4.1.2 植物

4.1.3 试验方法

4.1.4 分析方法和仪器

4.2 结果与分析

4.2.1 系统运行结果

4.2.2 各系统总去污效果比较

4.2.3 不同植物对去污能力的影响

4.2.4 有无植物对去污能力的影响

4.2.5 不同填料比例对除磷能力的影响

4.2.6 各级在其系统中的除磷贡献比

4.3 存在问题

4.4 小结

结论与建议

1 结论

2 论文创新点

3 建议

参考文献

附录 攻读学位期间的主要学术成果

致谢