经济植物型落干式人工湿地处理农村分散式生活污水的研究

摘要

人工湿地属于生态技术，相较于生物技术在脱氮除磷上有着运行成本低、操作简单、便于管理等诸多优势，在农村生活污水处理工程中得到广泛应用。但传统的人工湿地长期处于淹水状态，床体氧环境较差，直接影响了其净水效果。此外，传统的人工湿地多采用景观植物进行种植，经济效益较低.因此，本文以东南大学提出的“厌氧-缺氧-跌水充氧生物接触氧化-人工湿地”生物生态组合工艺的生态单元作为试验工艺，构建了“进水-滞留-排空-闲置”周期性运行的新型经济植物型落干式人工湿地，按植物生长季节划分研究了不同淹没排空比、水力负荷、氮素组成、碳氮比并及植物配置下落干式人工湿地对农村生活污水尾水中氮磷营养盐的净化效果，得出以下结论:
　　(1)夏秋季，在不同的淹没排空比下，湿地对NH4+-N、TN、TP的去除效果不同，空心菜、韭菜、苋菜、油麦菜、水稻五组落干式人工湿地在淹没反应时间为12h，空床时间为8h时，对NH4+-N、TN、TP均具有较好的去除效果，选定湿地淹没排空比为12h∶8h;水力负荷从0.16m3/m2·d增加到0.32m3/m2·d时，五组湿地NH4+-N及TP去除率的平均值均有不同幅度下降，TN去除率平均值先上升后下降，在水力负荷为0.24m3/m2·d达到峰值，去除负荷均有所提高;此外五组落干式人工湿地NH4+-N及TN的去除率与c(NO3-)/c(TN)呈正相关关系，c(NO3-)/c(TN)从0.4提高至0.61时，NH4+-N及TN的去除率均有所提高，落干式人工湿地能较好的适应“厌氧-缺氧-跌水充氧生物接触氧化”组合工艺的出水氮素组成的波动，对其出水TN有良好的去除效果;
　　(2)冬春季，搭建塑料温室大棚，芥菜、豆瓣菜、菠菜、水芹、小麦五组人工湿地在淹没反应时间为12h，空床时间为12h时，对NH4+-N、TN、TP的去除效果均相对较好，最终确定湿地淹没排空比为12h∶12h;水力负荷从0.16m3/m2·d增加到0.32m3/m2·d时，较夏秋季不同，五组湿地NH4+-N、TN及TP去除率的平均值均有不同幅度下降，去除负荷均有不同程度提高;碳氮比及氮素组成是影响湿地脱氮效果的两个重要因素，当C/N从2.1提高到4.1时，五组湿地对TN的去除率分别从28.95％、33.77％、26.75％、37.28％、28.07％提高至42.44％、50.42％、41.18％、52.1％和38.24％;各组湿地NH4+-N的去除率随着c(NO3-)/c(TN)从0.54提高到0.69呈先现上升后下降的趋势，TN的去除率呈先上升而后趋向平缓的趋势。
　　(3)从湿地全年净水效果看，在进水NH4+-N、TN、TP平均浓度分别为25.6mg/L、10.7mg/L、1.94mg/L，水力负荷为0.24m3/m2·d的条件下，夏秋季空心菜、水稻、油麦菜、韭菜以及冬春季塑料温室大棚条件下的芥菜、豆瓣菜、菠菜、水芹、小麦几种落干式人工湿地的出水NH4+-N、TN均基本达到了《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918-2002)一级A标准，TP均基本达到一级B标准。TP去除效果的提高可考虑优化基质级配、添加石膏等强化除磷措施。
　　(4)植物对氮、磷营养盐有着不同的吸收特性，比较所选的水芹、豆瓣菜、韭菜、芥菜、菠菜、苋菜六种湿地植物对氮、磷的吸收动力学参数Vmax和Km可知，水芹对不同氮磷浓度的污水均具有较好的适应性，豆瓣菜对含不同浓度的磷、氨氮及高浓度硝态氮的污水适应性较好，芥菜较适用于含氮、磷浓度较高的污水，韭菜及菠菜适用于含磷、氨氮浓度较高、硝态氮浓度较低的污水，苋菜对氮、磷的吸收能力均较差，不适宜作为落干式人工湿地经济植物的选择。落干式人工湿地所种植的空心菜、韭菜、油麦菜、水稻、芥菜、豆瓣菜、菠菜、水芹和小麦的面积产量分别可达到6.01、1.95、2.24、0.73、2.99、3.50、1.86、3.67、0.68kg/m2，其中空心菜、豆瓣菜、及水芹的亩产效益分别可达4807元、9347元、和2449元，具有较可观的经济效益。
　　研究结果表明，将经济植物型落干式人工湿地应用于农村分生活污水尾水处理中，不仅能高效的回收氮磷营养盐，还可以达到可观的经济效益，实现了生态以及经济效益的双重结合。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景

1．1．1 我国水环境质量及污染现状

1．1．2 我国农村水污染现状

1．1．3 农村生活污水处理现状

1．2 人工湿地技术概述

1．2．1 传统人工湿地技术

1．2．2 落干式人工湿地概述

1．2．3 人工湿地净化污水的基本原理

1．2．4 人工湿地植物的选择

1．2．5 蔬菜型人工湿地技术

1．3 课题研究内容和意义

1．4 研究内容

2．1 工艺流程

2．2 进水水质

2．3 试验装置

2．4 湿地系统供试植物的准备

2．5 检测指标及分析方法

第三章 夏秋季经济植物型落干式人工湿地营养盐去除效果研究

3．1 概述

3．1．1 夏秋季湿地植物配置

3．1．2 试验运行条件

3．2 淹没反应时间及空床时间对湿地氮磷去除效果的影响

3．2．1 试验方法

3．2．2 淹没反应时间对落干式人工湿地氮磷去除效果的影响

3．2．3 空床时间对落干式人工湿地氮磷去除效果的影响

3．3 水力负荷对落干式人工湿地氮磷去除效果的影响

3．3．1 水力负荷对氨氮去除效果的影响

3．3．2 水力负荷对总氮去除效果的影响

3．3．3 水力负荷对总磷去除效果的影响

3．3．4 湿地最佳水力负荷选择分析

3．4 氮素组成对落干式人工湿地脱氮效果的影响

3．4．1 氮素组成对NH4+-N去除效果的影响

3．4．2 氮素组成对TN去除效果的影响

3．5 夏秋季经济植物型落干式人工湿地氮磷去除效果随时间的变化

3．5．1 氨氮去除效果变化分析

3．5．2 TN去除效果变化分析

3．5．3 TP去除效果变化分析

3．5．4 植物筛选结果

3．6 本章小结

第四章 冬春季经济植物型落干式人工湿地营养盐去除效果研究

4．1 概述

4．1．1 冬春季温室大棚的构建

4．1．2 冬春季湿地植物配置

4．1．3 试验运行条件

4．2 淹没反应时间及空床时间对湿地氮磷去除效果的影响

4．2．1 试验方法

4．2．2 淹没反应时间对落干式人工湿地氮磷去除效果的影响

4．2．3 空床时间对落干式人工湿地氮磷去除效果的影响

4．3 水力负荷对落干式人工湿地氮磷去除效果的影响

4．3．1 水力负荷对氨氮去除效果的影响

4．3．2 水力负荷对总氮去除效果的影响

4．3．3 水力负荷对总磷去除效果的影响

4．3．4 湿地最佳水力负荷选择分析

4．4 C／N和氮素组成对落干式人工湿地脱氮效果的影响

4．4．1 C／N对湿地脱氮去除效果的影响

4．4．2 氮素组成对NH4+-N去除效果的影响

4．4．3 氮素组成对TN去除效果的影响

4．5 冬春季经济植物型落干式人工湿地氮磷去除效果随时间的变化

4．5．1 氨氮去除效果的变化分析

4．5．2 总氮去除效果的变化分析

4．5．3 总磷去除效果的变化分析

4．6 本章小结

第五章 落干式人工湿地植物吸收动力学及经济效益分析

5．1 实验材料及方法

5．1．1 试验材料

5．1．2 试验方法

5．1．3 人工湿地植物H2PO4-吸收动力学研究

5．1．5 人工湿地植物NO3--N吸收动力学研究

5．2 湿地植物经济效益分析

5．3 本章小结

6．1 结论

6．2 建议

致谢

参考文献

附录