垂直潜流湿地间歇性增氧对人工湿地污水净化效率的优化研究

摘要

巢湖污染问题由来已久。调查显示巢湖外源污染占98％，且绝大部分的外源污染来自入湖河流，而南淝河是巢湖入湖河流中污染物输入量最多的河流。目前，南淝河水质状况为劣Ⅴ类，属重度污染，对巢湖水质已构成严重威胁。因此，为了有效地削减南淝河输入巢湖的污染物，2013年5月建成了南淝河旁路多级人工湿地水质净化示范工程，包括预处理系统、垂直潜流湿地系统和水平潜流湿地系统3个净化单元。本文以旁路多级人工湿地为研究对象，通过试验分析了人工湿地各净化单元对南淝河水污染物的去除性能，并着重探讨季节变化对污染物去除效果的影响;在此基础上研究了垂直潜流湿地间歇性增氧对人工湿地污水净化效率的影响，并运用高通量测序技术和三维荧光光谱手段对污染物净化机制进行了分析，以期探索出一种提高该工艺污水净化效率的有效方法。主要结果如下:
　　(1)人工湿地表现出了较强的缓冲调节能力和较高的去除效果，出水水质稳定。该工艺对高锰酸盐指数(CODMn)、总氮(TN)、氨态氮(NH4+-N)和总磷(TP)等污染物的平均去除率分别为58.1％、37.1％、29.2％和56.2％;该工艺对CODMn和TP的去除效果优于对氮的去除，碳源不足、水力停留时间过短和较低的NH4+-N去除率是导致脱氮效率不高的主要原因。各净化单元对污染物的去除差异显著，CODMn的去除主要在预处理单元;TN、NH4+-N和TP的去除主要在垂直潜流湿地单元。
　　(2)不同季节，人工湿地对污染物的去除效果差异显著。其中，对CODMn和TP的去除率均表现为夏季＞秋季＞春季＞冬季，对TN的去除率表现为秋季＞春季＞夏季＞冬季，对NH4+-N的去除率表现为秋季＞夏季＞春季＞冬季。
　　(3)垂直潜流湿地采用间歇曝气，其优化后的最佳运行条件为:气水比约为4∶1，曝气时间为1h。在此条件下，人工湿地对污染物仍具有较好的去除效果，出水水质稳定。工艺优化后，人工湿地对CODMn、DOC、NH4+-N、TN和TP等污染物的平均去除率分别提高了2.1％、19.1％、30.1％、24.0％和14.8％。
　　(4)工艺优化后，人工湿地对氮去除的影响显著，而对有机物和磷去除的影响有一定的促进作用，但提升效果不明显;微生物多样性分析和三维荧光光谱分析结果表明:垂直潜流湿地间歇性增氧对人工湿地中溶解性有机物和氮的去除具有显著的促进作用，且主要是针对溶解性有机物中的类蛋白类物质。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景

1．2 人工湿地概述

1．2．1 人工湿地的概念及组成

1．2．2 人工湿地的分类及特点

1．2．3 人工湿地去除污染物机理及影响因素

1．3 人工湿地研究进展

1．3．1 人工湿地发展与应用

1．3．2 潜流人工湿地研究进展

1．3．3 人工湿地微生物多样性分析

1．3．4 人工湿地中三维荧光光谱特征分析

1．4 研究目的与研究内容

1．4．1 科学问题的提出

1．4．2 研究目的与意义

1．4．3 研究内容

1．4．4 技术路线

第二章 研究方法

2．1 研究区域概述

2．1．1 工程背景

2．1．2 工艺流程

2．1．3 增氧设备及安装

2．1．4 运行管理方式

2．1．5 进水水质

2．2 样点设置与采样频率

2．2．1 未曝气工况下样点设置与采样频率

2．2．2 间歇曝气工况下样点设置与采样频率

2．3 监测指标与分析方法

2．3．1 物理指标

2．3．2 营养盐指标

2．3．3 有机物指标

2．3．4 生物膜样品采集、DNA提取与测定

2．4 数据分析

第三章 旁路多级人工湿地对污染河水的净化效果研究

3．1 对有机物的去除效果

3．2 对氮的去除效果

3．3 对磷的去除效果

3．4 本章小结

第四章 垂直潜流湿地间歇性增氧对人工湿地污水净化效率的影响及机制分析

4．1 最佳曝气时间的确定

4．1．1 实验设计

4．1．2 最佳曝气时间的确定

4．2 垂直潜流湿地间歇性增氧对人工湿地污水净化效率的影响

4．2．1 对有机物去除的影响

4．2．2 对氮去除的影响

4．2．3 对磷去除的影响

4．3 微生物多样性分析

4．3．1 微生物多样性在门分类水平上分析

4．3．2 微生物多样性在属分类水平上分析

4．4 三维荧光光谱特征分析

4．4．1 三维荧光光谱分析

4．4．2 区域积分法分析

4．4．3 DOM的来源及结构分析

4．5 讨论

4．5．1 垂直潜流湿地间歇性增氧对人工湿地有机物去除性能的影响分析

4．5．2 垂直潜流湿地间歇性增氧对人工湿地氮磷去除性能的影响分析

4．6 本章小结

第五章 结论与展望

5．1 主要结论

5．2 不足与展望

参考文献

致谢

作者简历