人工湿地中复合生物蛭石床的构建及蛭石生物再生研究

摘要

随着社会的发展,我国的污水排放总量在大不断增大,水污染问题也在逐步加剧。在当前的污水处理领域,人工湿地污水处理技术以其低建设费用、低运行成本、低维持技术,以及高生态效益等特点,受到了人们的关注。但也存在着一些问题,如处理效率不高导致占地面积大,出水水质受季节影响大,冬季处理效果差,基质层易堵塞等。
　　 如何提高人工湿地系统的去 N除 P能力一直是人工湿地污水处理技术的研究热点。将吸附性填料(沸石,蛭石等)应用于人工湿地为解决这一问题提供了一种新的思路和方法,但目前诸多研究都主要针对其发挥吸附作用的前期阶段,对于湿地填料吸附达到饱和时湿地脱 N除 P能力的研究还较少。因此,如何通过经济的手段来使填料的吸附性能得到再生,恢复湿地系统的脱 N除 P能力,是填料应用于人工湿地污水处理技术的关键问题。
　　 针对上述问题,本课题以天然蛭石为主要填料展开相关研究。首先在人工湿地中引入蛭石床缓冲单元,考察了其缓冲性能；研究了蛭石铵吸附饱和后的吸附容量在四种类型人工湿地单元中的生物再生过程；并在蛭石缓冲性能与蛭石生物再生研究的基础上,构建了复合生物蛭石床,考察了构建系统的运行情况、植物的作用以及跌流增氧的效果,并提出了对系统改进设想。
　　 本课题的主要研究结果如下:
　　 (1)针对当前人工湿地污水处理中普遍存在的冬季处理效果差等问题,将天然蛭石床作为人工湿地处理系统中的缓冲单元进行了研究,结果表明:在水力负荷为1.4m3/m2.d和蛭石层填充高度≥60cm的条件下,无植物天然蛭石缓冲单元可至少在45d内保持出水各项水质指标达到一级排放标准(GB18918-2002),从而可基本满足人工湿地在植物换季时期的处理需要；
　　 (2)在运行过程中,影响缓冲单元去污效果的主要因素为蛭石层厚度和系统中的含氧量；适当提高蛭石用量,增加体系的含氧量,延长水力停留时间以及调节系统pH环境都有利于提高缓冲体系的缓冲性能。
　　 (3)在夏秋季温度较高的条件下(25～30℃)对铵吸附饱和的蛭石进行再生的研究结果表明:利用微生物的硝化与反硝化作用和植物根系的吸收与复氧功能,可有效提高蛭石再吸附的能力,生物再生过程的动力学方程符合指数关系,其中,无植物-静置淹没湿地的模拟方程为:W=1.8948exp(-0.0093t)(其中R2=0.8443)；无植物-间歇落干湿地的为:W=1.9078exp(-0.0196t)(其中R2=0.9604)；美人蕉湿地为:W=1.9524exp(-0.0249t)(其中R2=0.9783)；组合植物湿地为:W=1.9137exp(-0.022f)(其中R2=0.9595)。
　　 (4)植物种类、落干时间长短和碳源的供给对蛭石生物再生有较大影响,本质因素是氧量和碳源。再生结果表明:有植物湿地经过90d,对蛭石的再生率可达88.2％～91.3％:延长落干时间可以较大程度促进硝化作用,而适当投加碳源可以显著提高再生系统的反硝化能力,且单次较佳碳源投加量为1‰(按乙醇计)。
　　 (5)本研究构建的潜流湿地--复合生物蛭石床,在较高水力负荷下(1.0m3/m2.d),仍保持了较好的处理效果,系统对污水中的各污染物的总去除率在65％以上,出水水质基本达到二级排放标准。因此,将其作为人工湿地系统的一个处理单元,可大大提高湿地系统的处理效率。
　　 (6)复合生物蛭石床中各植物的生长收割情况表明,本试验中的四种湿地植物的管理难度由难到易排序为:水蕹菜>水葫芦>美人蕉>香蒲；单位面积月均增长量Δm值从大到小顺序是:水葫芦>美人蕉>水蕹>香蒲,去N除P能力强弱顺序为:水葫芦>美人蕉>水蕹菜>香蒲。因此,在实际应用中,针对不同的湿地和不同的处理要求,我们要综合考虑湿地植物的生态价值、景观价值、经济利用价值等因素,以实现湿地污水处理系统的最大效益。
　　 (7)三级跌流设计有利于提高湿地污水中的DO值,当跌流高度大于45cm时,每级跌流的增氧量可达0.57mg/L以上,其中一级跌流过程的复氧率更是高达75％,这就充分说明在湿地污水处理系统中采用跌流设计来增加污水中溶解氧量的方法是可行的。

目录

文摘

英文文摘

1 绪论

1.1 人工湿地污水处理技术概述

1.1.1 人工湿地概述

1.1.2 人工湿地的发展与应用

1.2 人工湿地的净化机理

1.2.1 填料的净化机理

1.2.2 微生物净化机理

1.2.3 植物的净化机理

1.3 湿地填料的研究现状

1.3.1 湿地填料的研究现状

1.3.2 湿地填料的再生研究

1.3.3 新型填料--蛭石的应用研究现状

1.4 人工湿地技术的优势与不足

1.4.1 人工湿地技术的优势

1.4.2 人工湿地技术的不足

1.5 课题来源及研究内容

1.5.1 课题来源

1.5.2 研究内容

2 试验材料与测试方法

2.1 试验材料及来源

2.1.1 试验污水

2.1.2 湿地填料

2.1.3 湿地植物

2.2 测试项目、方法及仪器

2.2.1 测试项目及方法

2.2.2 试验仪器

3 无植物蛭石床的缓冲性能研究

3.1 试验方法

3.1.1 天然蛭石吸附性能检验

3.1.2 穿透吸附试验

3.1.3 无植物蛭石床缓冲系统

3.2 结果与讨论

3.2.1 天然蛭石氨氮等温吸附曲线

3.2.2 穿透吸附试验结果与分析

3.2.3 蛭石床缓冲性能与机理分析

3.2.4 蛭石床缓冲系统抗污染负荷性能分析

3.3 小结

4 蛭石铵吸附能力的生物再生研究

4.1 再生系统

4.2 再生方法

4.3 结果与讨论

4.3.1 再生效果

4.3.2 再生机理

4.3.3 影响因子

4.4 小结

5 复合生物蛭石床的构建与应用研究

5.1 复合生物蛭石床的构建

5.1.1 系统设计

5.1.2 系统植物配置

5.2 结果与讨论

5.2.1 系统运行情况

5.2.2 植物的作用

5.2.3 跌流增氧作用

5.3 存在的问题及改进设想

5.3.1 存在的问题

5.3.2 改进设想

5.4 小结

6 结论与建议

6.1 结论

6.2 论文创新点

6.3 研究展望与建议

参考文献

附录

致谢