人工湿地-稳定塘组合生态系统对污染水体的处理

摘要

随着我国社会和经济的发展，水资源污染问题日趋严峻，近期关于水体被污染的消息愈发增多，富营养化污染水体成为人们关注的焦点，其中包括我国最大淡水湖鄱阳湖。如何净化这类不易于集中收集处理、受污染程度不同的水体，还鄱阳湖一湖清水成为亟待解决的问题。相对于传统工艺技术，人工湿地、稳定塘生态技术更能突出其特点，而将两者组合实现两优势的互补，深度净化水质，提高出水水质及稳定性，更加适宜对该类污染水体的处理。但目前关于该组合工艺应用于污染水体处理的相对较少，可提供的相应设计等参数也不多。
　　本研究主要探讨人工湿地、稳定塘组合生态系统对污染水体中各污染物的净化效果和规律，为组合系统的实际应用提供参考依据。首先从稳定塘的选取入手，选择了华东地区常见的8种对氮、磷污染物有较好净化效果的沉水植物与塘组合，形成沉水植物塘，深入分析该系统对污水的净化效果及机理，考察系统的稳定性能，从而为湿地-塘组合工艺选取最适宜沉水植物塘；其次在确定稳定塘基础之上，建立了人工湿地-沉水植物塘两级组合系统，研究该整体组合工艺及各个构筑物对水体污染物的处理效果，并考察不同水力负荷条件下对组合工艺污染物去除效果的影响；最后在两级组合的基础之上，建立不同形式人工湿地、塘多级组合工艺，探索性讨论多级组合工艺对严重污染水体的净化效果及考察组合工艺的稳定性能。
　　本研究得到以下结论：
　　1）沉水植物塘试验：
　　沉水植物塘对生活污水的去除效果明显。CODcr去除率介于44.35-72.18％，其中金鱼藻、粉绿狐尾藻对有机物去除效果最优，达到了《地表水环境质量标准》Ⅳ类水质标准；TP、TDP、PO43--P去除率分别介于58.26-79.34%；60.00-83.91%；61.32-86.79%，均为水蕴草处理率最高，达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》一级A标准；TN、NH3-N的去除率分别为介于44.05-61.54%、35.71-71.13%，TN金鱼藻去除效果最好，水蕴草NH3-N的去除率最高，均达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》一级 A标准。八种不同沉水植物中水蕴草、金鱼藻及粉绿狐尾藻去除效果较突出，对污染物去除率最好，均具有良好的抗负荷能力，其中粉绿狐尾藻抗寒能力更加显著，受外界环境影响最小，可优选考虑为塘中沉水植物。
　　通过研究发现沉水植物塘对有机物降解主要是通过沉淀、过滤作用，不溶性有机物被微生物截留并利用，可溶性有机物可以被微生物和植物直接吸收、代谢降解；对磷污染物去除部分直接由植物吸收外，主要仍是化学沉淀及沉降吸附作用；对氮污染物去除包括植物吸收、微生物硝化反硝化以及氨氮的挥发，但主要去除作用还有待于进一步研究。
　　2）两级组合工艺试验：
　　人工湿地-沉水植物塘组合工艺在不同水力负荷和污染负荷下整体运行稳定、耐负荷能力强、去除效果良好。CODcr出水水质低 HLR达到《地表水环境质量标准》的Ⅲ类标准，中、高 HLR达到Ⅱ类标准；总磷低、高 HLR达到《地表水环境质量标准》的Ⅳ类标准，中HLR达到Ⅴ类标准；总氮均达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》一级A标准；氨氮均达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》一级B标准。
　　水力负荷对污染物的去除效果有着一定的影响作用。整个组合系统随着水力负荷的增加，污染物平均去除率 CODcr：72.09、68.06、64.50%；TN：51.69、48.22、46.82%；氨氮：62.52、53.53、50.47%；TP：85.56、81.64、80.89%；溶解性正磷酸盐：89.69、82.48、84.90%，说明除了溶解性磷酸盐，其他污染物均随着水力负荷的增加而去除率降低，低水力负荷去除效果最优。人工湿地各污染物去除效果均为低>中>高水力负荷，与水力负荷呈负相关性；而稳定塘 CODcr：中>高>低；氨氮：低>中>高；TN、TP、磷酸盐：高>低>中，说明受水力负荷影响较小，与水力负荷没有明显的相关性。
　　组合系统中湿地和塘对污染物去除贡献率不同。对于CODcr湿地在低、中、高三种水力负荷下去除率为：59.75、48.84、47.39%，而塘为：30.45、39.11、33.87%，湿地去除效果优于沉水植物塘；但对于氮和磷而言，沉水植物塘随水力负荷增大对总氮、氨氮、总磷、溶解性磷去除率分别为：33.86、31.11、34.08%；53.89、43.71、43.18%；71.52、68.99、72.40%；70.95、69.48、74.84%，而湿地分别为26.71、24.87、18.81%；18.49、16.26、12.50%；48.94、38.85、29.95%；61.43、40.28、39.29%，沉水植物塘对水体富营养化因素的去除效果优于潜流湿地。
　　3）多级组合工艺试验：
　　对于这种重严重污染、高浓度且C/N比均值小于1的特殊污染水体，该系统耐负荷能力强，整体系统运行稳定。组合系统有机物进水均值达到119.61mg/L，出水均值49.17mg/L，平均去除率为58.58%，达到了《城镇污水处理厂污染物排放标准》一级A标准（50mg/L）；进水总氮平均浓度为126.50mg/L，氨氮均浓度87.33mg/L，出水水质总氮均值54.00mg/L，氨氮均值36.91mg/L，去除率分别为57.03%、57.72%；进水总磷的均值为0.11mg/L，出水总磷均值为0.03mg/L，去除率为69.61%，达到了《地表水环境质量标准》的Ⅲ类标准（湖、库0.05mg/L）。

目录

封面

声明

中文摘要

英文摘要

目录

第一章 绪论

1 .1 引言

1 .2 课题来源及研究意义

1 .3 研究的主要内容及研究路线

第二章 生态修复技术概述

2 .1 人工湿地技术

2 .2 稳定塘技术

2 .3 人工湿地与稳定塘组合技术

第三章 沉水植物塘净化试验

3 .1 试验介绍

3 .2 试验结果与分析

3 .3 本章小结

第四章 复合潜流人工湿地-塘组合净化试验

4 .1 试验介绍

4 .2 试验结果与分析

4 .3 本章小结

第五章 人工湿地、塘多级组合净化试验

5 .1 试验介绍

5 .2 试验结果与分析

5 .3 本章小结

第六章 总结

6 .1主要工作回顾及结论

6 .2本课题今后需进一步研究的地方

参考文献

个人简历 在读期间发表的学术论文

致谢