组合潜流人工湿地对轻污染河水中营养物质去除效果研究

摘要

随着经济的发展，我国许多河流成为纳污河流，污染严重。而河流具有营养物质浓度变化大的特点，给河流治理带来了很大的困难。人工湿地是以污水处理为目的而人工建造的湿地，具有效率高、运行和维护费用低、耐冲击负荷能力强等优点，是得到广泛应用和发展的污水处理新技术。但人工湿地的研究和应用仍有诸多不足之处，如湿地内部水动力过程复杂，湿地内部水流特征研究较少；填料易饱和，对氮磷的去除能力有限；同时，人工湿地多用于处理生活污水，对污染河水处理的研究和应用较少。本论文根据河流的污染特点，选用一级水平潜流湿地（HFCW）与二级垂直潜流湿地（VFCW）组合的系统对实验室模拟的轻污染河水的处理进行研究。
　　研究内容主要包括：
　　（1）选择炉渣和沸石这两种易得、且经济的材料作为人工湿地的填料，研究它们在静态条件下对氮磷的吸附性能和特征。
　　（2）研究不同填料、不同进水污染物浓度对组合人工湿地中氮磷等营养物质的去除效果。
　　（3）研究湿地内污染物浓度的沿水流流程的分布和变化，分析污染物降解动力学过程。
　　（4）通过示踪试验对湿地内的水动力学过程进行研究，分析水流流态的特征。
　　通过研究得到以下结论：
　　（1）通过静态吸附试验研究了炉渣和沸石这两种填料对氨氮和总磷的吸附性能。结果表明炉渣对总磷有更好的吸附能力，沸石对氨氮有更好的吸附能力。在30℃时，炉渣对总磷的饱和吸附量为76.92mg/g，沸石对总磷的饱和吸附量仅为3.14mg/g；沸石对氨氮的饱和吸附量可以达到232.56mg/g，而炉渣对氨氮的饱和吸附量仅为15.15mg/g。提高温度，可以提高填料对氮磷的饱和吸附量，但对达到吸附饱和所需的时间影响不大。
　　（2）不同填料人工湿地系统对污染河水中COD、氨氮、硝态氮及总磷的去除效果有较大差别。在进水COD、氨氮、硝态氮和总磷浓度分别为100mg/L、3.2mg/L、16mg/L和1.5mg/L时，炉渣湿地对硝态氮和总磷的去除效果好于沸石湿地，去除率分别达到79.79％和91.92%，而沸石湿地硝态氮和总磷的去除率为70.81%和80.89%；沸石湿地对氨氮的处理效果较好，去除率为76.63%，炉渣湿地较差，去除率为69.19%。
　　（3）改变进水氮磷浓度，对炉渣组合人工湿地去除率影响较大。氨氮进水浓度为4、6、8、10、12mg/L五个梯度，当进水浓度为6mg/L时去除率最高，达到82.68%。总磷进水浓度为1.5、3、5、7、9mg/L五个梯度，进水浓度为1.5mg/L时，去除率最高，达到92.92%，当浓度提高到5mg/L时，去除率仍达到84.63%。当氨氮和总磷的进水浓度分别提高到8mg/L和5mg/L以上时，第二级垂直流对污染物的去除效果可以与第一级水平流持平。增加进水中氨氮浓度，硝态氮去除率下降。降低进水总氮中氨氮的比重，总氮的去除率提高。
　　（4）降解动力学研究表明：沸石组合人工湿地系统中COD、氨氮和硝态氮沿水流流程的降解都符合一级动力学模型，一级动力学方程分别为 C=Co exp（-0.029X），C=Co exp（-0.012X）和 C=Co exp（-0.032X）。总磷沿水流流程降解不符合一级动力学模型。
　　（5）沸石水平流湿地与沸石垂直流湿地中，靠近进水一侧存在一定程度堵塞，靠近出水口一侧存在“短流”。

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1 绪论

1.1 研究背景

1.2 污染河流的治理技术

1.3 人工湿地概述

1.4 人工湿地处理污染河水研究进展

1.5 主要研究内容

2 实验材料与方法

2.1 实验装置与材料

2.2实验方法

3 填料对氮磷吸附特性研究

3.1 填料对氮磷的吸附过程

3.2 Langmuir方程和 Freundlich方程拟合结果

3.3 本章小结

4 组合潜流人工湿地处理模拟河水效果分析

4.1 填料对污染物去除效果影响分析

4.2 进水浓度变化对炉渣湿地系统污染去除效果影响分析

4.3 本章小结

5 沸石湿地系统降解动力学研究

5.1 COD降解动力学分析

5.2 氨氮降解动力学分析

5.3 硝态氮降解动力学分析

5.4 总磷降解动力学分析

5.5 本章小结

6 沸石湿地水动力学实验研究

6.1 沸石水平流湿地水力停留时间测定

6.2 沸石垂直流湿地水力停留时间测定

6.3 本章小结

7 结论与展望

7.1 结论

7.2 展望

参考文献

致谢

个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果