人工湿地经济植物配置及其工艺特性研究

摘要

农村生活污水是太湖流域水环境污染的重要来源之一。合理的选择农村生物污水处理工艺并将氮、磷的资源化利用是目前研究的热点，本文采用东南大学提出的“厌氧-缺氧-跌水充氧-人工湿地”生物生态组合工艺的生态部分作为试验工艺，选择水生蔬菜滤床-潜流组合人工湿地工艺，种植多种湿地经济作物，分析不同植物搭配的处理效果，实现农村生活污水治理的可持续发展。
　　离子动力学参数（米氏常数Km和最大吸收速率Imax）可综合说明植物对某种离子的吸收能力，Imax值越大则植物对某种离子的吸收潜力越大;1/Km表示植物根系吸收系统的亲和力，Km值越小，则说明植物对某种离子的亲和能力越大。不同水生植物对湿地系统氮、磷去除的贡献不同。根系养分离子吸收动力学结果表明，不同植物对氮、磷的最大吸收速率Imax和最小亲和力Km相差较大。空心菜拥有最大的吸收速率和最小亲和力，适合任意氮、磷水平下的尾水，芋头则相反;韭菜适合高氮、磷水平的尾水，而水竹则反之;金花菜对高P、高NH4+-N、低NO3--N水平的尾水处理效果较好，雪里红则是对低P、低NH4+-N、高NO3--N水平的尾水处理效果相对较好。
　　人工湿地不同硝铵比进水条件下，对氮、磷的去除效果均有影响。TN的总去除效果随着硝态氮浓度的增加先增大后减小，可见其对硝态氮存在着一个去除效率的饱和点。当NO3--N/NH4+-N为2∶1时，湿地对TN和TP的去除率都达到最高。当NO3--N/NH4+-N为1∶1时，水生蔬菜床对TN和TP的去除率最高。数据表明，空心菜和韭菜都是喜铵植物，对于供氧不足的湿地可采用喜铵植物。
　　随着水深的增加，种植不同植物的组合人工湿地对氮、磷的去除率呈现不同的变化趋势甚至出现相反的变化趋势;随着水力负荷的增加，各组合湿地对氮、磷的去除率不断降低，TP、TN的去除负荷先增加后减小;连续运行一整年，搭配不同植物的组合湿地对氮、磷去除呈明显的季节变化。实验结果表明，空心菜床-水竹组和空心菜床-茭白组的潜流部分最佳水深为35cm，其余组为45cm;小试装置在水力负荷为0.25m3·m-2·d-1附近达到峰值;小试装置中，1＃（韭菜-青椒，韭菜-水竹，菠菜-莴苣）春夏秋冬对TP和TN的平均去除率分别是:23.41％、35.61％、86.46％、19.84和22.26％、68.21％、65.20％、24.08％;2＃（水芹-水竹，空心菜-水竹，空心菜-芋头）春夏秋对TP和TN的平均去除率分别是:35.89％、76.26％、76.24％和33.81％、53.80％、50.60％;中试装置中，3＃（空心菜-茭白，茼蒿-黑麦草&莴苣）春夏秋冬对TP和TN的平均去除率分别是:56.23％、89.08％、82.85％、52.39％和36.96％、54.57％、58.89％、30.51％;4＃（韭菜-空心菜，韭菜-雪里红）春夏秋冬对TP和TN的平均去除率分别是:43.83％、87.90％、50.15％、40.75％和32.02％、43.04％、33.71％、28.35％;5＃（空心菜-韭菜，金花菜-韭菜）春夏秋冬对TP和TN的平均去除率分别是:46.29％、79.38％、64.63％、51.17％和31.17％、43.04％、41.41％、30.30％;6＃（韭菜-青椒，韭菜-茼蒿，水芹-茼蒿）春夏秋冬对TP和TN的平均去除率分别是:66.99％、51.40％、41.81％、56.95％和64.05％、31.27％、28.14％、47.62％。
　　采用最小二乘法对NH4+-N、TP和TN的试验数据进行函数回归处理，运用最优化原理可得出最优水力负荷及最优去除率，为人工湿地运行参数的选定提供一定的理论依据。
　　由于东南大学无锡分校原水包含实验室排水，另外有工地施工排水导致水体中As、Cr和Hg等重金属背景值偏高，测得莴苣、金花菜中该类重金属含量均超过国标限量值;菠菜对重金属吸收能力强，人工配水中少量的微量元素也能导致菠菜中重金属的超标。
　　综上所述，根据季节变化、水力负荷、水深、污水水质等不同特性搭配不同经济作物，能保证组合人工湿地氮、磷出水水质，使得农村生活污水资源化利用。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 人工湿地发展现状及发展趋势

1．1．1 人工湿地概念、组成与分类

1．1．2 人工湿地脱氮除磷机理研究及影响因素

1．1．3 人工湿地处理技术遇到的问题与发展趋势

1．2 人工湿地植物研究现状

1．2．1 人工湿地中植物的综合贡献

1．2．2 人工湿地中植物的选择原则

1．2．3 人工湿地中常用的植物

1．3 课题研究内容和意义

1．3．1 课题研究的意义

1．3．2 研究内容

第二章 供试植物的准备和实验装置的建立与启动

2．1 试验材料

2．1．1 植物材料

2．1．2 基质材料

2．2 试验系统的建立

2．2．1 试验场地及试验水质

2．2．2 试验装置的设计

2．2．3 试验系统植物的配置和换茬

2．2．4 试验系统的管理

2．3 水质分析方法

第三章 植物的吸收动力学及不同硝铵比对氮磷去除效果的影响

3．1 植物对氮、磷的吸收动力学研究

3．1．1 试验材料与方法

3．1．2 结果与分析

3．2 硝铵比对人工湿地氮、磷去除效果影响的研究

3．2．1 实验装置与方法

3．2．2 结果与分析

3．3 蔬菜滤床-潜流湿地中植物配置的确定

3．4 本章小节

第四章 组合人工湿地工艺特性研究及植物配置

4．1 组合人工湿地氮、磷去除特性分析

4．1．1 TP在湿地系统中的沿程变化规律

4．1．2 NH4+-N在湿地系统中的沿程变化规律

4．1．3 TN在湿地系统中的沿程变化规律

4．2 水深对组合人工湿地中氮、磷去除效果的影响

4．2．1 水深对组合湿地中氮、磷去除效果的影响(小试装置)

4．2．2 水深对组合湿地中氮、磷去除效果的影响(中试装置)

4．3 水力负荷对组合人工湿地氮、磷去除效果的影响

4．3．1 水力负荷对氮、磷去除效果的影响(小试装置)

4．3．2 水力负荷对氮、磷去除效果的影响(中试装置)

4．4 季节变化对组合人工湿地氮、磷去除效果的影响

4．4．1 季节变化对氮、磷去除效果的影响(小试装置)

4．4．2 季节变化对氮、磷去除效果的影响(中试装置)

4．5 本章小节

第五章 组合人工湿地产品质量及食用安全性

5．1 蔬菜产品质量

5．2 食用安全性评价

5．3 本章小结

第六章 结论与展望

6．1 结论

6．2 展望

致谢

参考文献