新型潜流人工湿地处理农村生活污水灌溉尾水的研究

摘要

中国作为一个农业大国，现在正面临着严重的灌溉水资源短缺问题。农村生活污水排放量巨大，且大部分未得到处理。农业发展的同时面临着严重的环境污染与灌溉水资源短缺双重危机。值得注意的是，农村生活污水富含氮磷等营养元素，排入水体会造成水体富营养化，而对于农业生产来说农村生活污水是一种宝贵的资源。因此，对农村生活污水进行适度处理后得到的再生水作为农业灌溉用水的来源，可以有效的解决上述两个问题。 在实际工程应用当中，一体化氮磷无机化反应器（脱氮池+好氧生物滤池）可以用来对农村生活污水进行再生处理，生活污水经过再生后，达到农田灌溉用水的标准，可以作为灌溉水。农业生产具有季节性，存在非灌溉期再生水和灌溉期灌溉尾水排入环境的风险。本文针对灌溉尾水中有机物含量低、氮磷含量高的特点，对传统的水生蔬菜型人工湿地进行改进，提出了一种改良的强化脱氮除磷水生蔬菜型人工湿地技术——“好氧/厌氧/好氧三段式基质型水生蔬菜人工湿地，（简称O-A-O新型水生蔬菜湿地）”作为环境风险控制技术，对灌溉尾水处理进行工程化研究，考察了系统的启动、运行工艺特性以及优化措施。主要研究结论如下： （1）研究了系统的的启动及运行工艺特性。结果表明：在历时29天的启动过程中，COD的平均去除率为54.24%，TN平均去除率为40.24%，NH4+-N平均去除率为42.27%，TP平均去除率为48.45%。最佳水力负荷为0.3m3/(m2?d)。在此水力负荷条件下，COD、NH4+-N、TN、TP的平均去除率分别为54.06%、55.43%、59.86%和58.86%，相应的去除负荷分别为7.80g·m-2·d-1、1.57g·m-2·d-1、3.58g·m-2·d-1和0.26g·m-2·d-1。系统各污染物质去除效果季节性差异明显，其去除规律为：夏季＞秋季＞春季＞冬季。湿地系统O1单元是系统的核心单元，COD、NH4+-N、TP的去除率最高；A单元对TN的去除贡献率最高。 （2）研究了系统的优化措施。主要研究了人工增氧、搭建温室大棚、投加植物碳源提取液对系统的处理能力强化效果。结果表明：人工湿地COD平均去除率较未采取人工增氧措施前由54.06%增加至66.78%；氨氮平均去除率由58.78%增至64.68%，硝态氮平均去除率由84.62%降至80.36%，TN平均去除率由60.32%增加至64.47%。冬季搭建大棚后，人工湿地对NH4+-N、NO3--N和TN的平均去除率分别为46.11%、48.42%和43.87%，较未采取措施的人工湿地分别增加了8.45%、9.00%和9.82%。投加植物碳源提取液后，人工湿地对NO3--N和TN的平均去除率分别为61.22%和53.37%，较普通人工湿地增加了20.00%和17.50%。 （3）研究了系统的资源经济效益。农村生活污水用于再生灌溉，有效的节省了肥料的使用，产生的间接经济效益每年3758元。灌溉尾水种氮磷含量丰富，水生蔬菜型人工湿地在削减氮磷负荷的同时，种植空心菜和水芹菜可以产生可观的经济效益，夏秋季种植的空心菜单位面积产量为19.37kg/m2，亩产效益高达15496元；冬春季种植的水芹单位面积产量17.94kg/m2，亩产效益高达11960元。

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ABSTRACT

第一章 绪论

1.1 研究背景

1.1.1 我国水资源与水环境现状概述

1.1.2 农村生活污水污染现状

1.1.3 农村生活污水的特征

1.2 分散式农村生活污水处理技术概述

1.2.1 单一处理技术

1.2.2 组合工艺处理技术

1.2.3 存在的问题

1.3 农村生活污水资源化利用研究进展

1.3.1 农村生活污水资源化利用相关技术的提出

1.3.2 再生水回用灌溉

1.3.2.1 再生水回用灌溉发展概况

1.3.2.2 再生水回用灌溉研究进展

1.4环境风险控制技术

1.4.1 生态塘

1.4.2 生态沟渠

1.4.3 人工湿地

1.4.3.1 传统人工湿地

1.4.3.2 水耕蔬菜型人工湿地

1.5 研究内容及意义

1.5.3 研究内容

1.6 技术路线

第二章 实验装置与方法

2.1 试验装置及流程

2.1.1 试验装置流程图

2.1.2 试验装置尺寸及实物图

2.2 试验材料

2.2.1 试验进水水质

2.2.2 植物及基质

2.2.3 试验主要仪器

2.3 试验检测项目与分析方法

2.3.1 常规水质项目分析

第三章 中试系统运行工艺特性研究

3.1 前言

3.2 中试系统的启动及运行效能的研究

3.2.1对COD的去除

3.2.2对氮的去除

3.2.3 对磷的去除

3.3 水力负荷对系统运行效能的影响

3.3.1 不同水力负荷下COD的去除效果

3.3.2 不同水力负荷下氮的去除效果

3.3.3 不同水力负荷下磷的去除效果

3.3.4 最佳水力负荷选择研究

3.3.4.1 出水水质要求

3.3.4.2 污染物去除率

3.3.4.3 污染物去除量

3.4 不同季节中试处理系统运行效能研究

3.4.1 COD去除效果季节性差异

3.4.2 NH4+-N去除效果季节性差异

3.4.3 TN去除效果季节性差异

3.4.4 TP去除效果季节性差异

3.5 不同处理单元对中试系统处理效果贡献率

3.5.1 单元水质及去除率

3.5.2 单元贡献率

3.6 小结

第四章 中试系统运行优化研究

4.1前言

4.2 人工增氧对人工湿地脱氮能力的影响

4.2.1 人工增氧对湿地溶解氧含量的影响

4.2.2 人工增氧对湿地各污染去除效果的影响

4.3 温室大棚对人工湿地冬季运行效能影响研究

4.3.1 大棚对温度的影响

4.3.2 保温措施下对COD去除效果

4.3.3 保温措施下对不同形态氮去除效果

4.3.4 保温措施下对磷去除效果

4.4 添加植物碳源提取液对人工湿地脱氮能力的影响

4.4.1 外加植物碳源的选择与制备

4.4.2 投加植物碳源提取液对人工湿地脱氮的影响

4.5 小结

第五章 系统资源经济效益研究

5.1 前言

5.2 农村生活污水用于再生灌溉的资源效益

5.3 水生蔬菜型人工湿地的产品经济效益

5.4 小结

第六章 结论与建议

6.1 结论

6.2 建议

致谢

参考文献

在校期间科研情况