新型垂直流人工湿地装置及陶粒基质的开发应用研究

摘要

现有人工湿地在应用中存在占地面积大以及对氮、磷等营养盐去除效率不高等问题。本研究开发出一种新型的垂直流人工湿地污水处理装置。该装置由进水布水系统、五个并联单元的污水处理系统和出水收集系统组成。污水在进水布水系统中为下向流,在污水处理系统中为上向流。当各处理单元按一定的运行周期间歇式运行时,可有效地提高各类污染物的去除能力,防止基质堵塞现象的发生,可保持系统的连续稳定运行。该系统安装简单,工程基建和运行费用低,污水处理效果和生态景观效应良好,具有广泛的应用前景,特别适合我国农村地区分散式污水的处理。
　　为了更进一步提高湿地装置的污染物去除能力,本研究通过优化原材料混合比例、含水率、预热参数和灼烧参数得到了一种新型陶粒基质。对新型陶粒基质的比表面积、溶出特性、吸附性能和强度等理化性质进行表征。结果表明:新型人工湿地基质的多点BET比表面积为71.47㎡/g,表面结构为均匀的细块状且有大量的中微孔,孔径分布在1.9-61.0nm之间,这有利于微生物在基质表面的附着。溶出实验结果表明,陶粒基质对污染物的溶出量符合固体物质溶出毒性标准,无二次污染风险。对其吸附性能进行分析发现,新型陶粒基质对污水中的有机物、氨氮、硝酸盐和总磷均具有明显的吸附效果。
　　基于新型陶粒基质的垂直流人工湿地污水处理一体化装置长期运行结果表明:系统对污水水质净化效果良好,运行稳定时出水中的COD浓度小于50mg/L,去除率为80％以上;出水中的TP浓度小于0.3mg/L,去除率大于95%;对氨氮和总氮的去除率均达80%以上;系统对进水负荷、pH及污染物负荷的变化均具有良好的耐冲击能力,污水处理效果明显优于在装置中填充普通石英砂时的效果。对一体化装置系统中沿程各断面的溶解氧和污染物的浓度进行检测发现,系统各断面的溶解氧浓度在很大范围内影响着污染物的去除效果。
　　基于新型陶粒基质的垂直流人工湿地污水处理一体化装置系统,占地面积小,安装简单,工程基建和运行费用低,污水处理效果和生态景观效应良好,具有广泛的应用前景,特别适合我国农村地区分散式污水的处理。

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1 绪论

1.1 人工湿地概述

1.2 研究背景

1.3 研究目的

1.4 研究内容

1.5 研究意义

1.6 研究路线

2 实验材料与方法

2.1 实验药品

2.2 分析仪器和实验方法

3 新型垂直流人工湿地一体化装置的开发应用

3.1 新型垂直流人工湿地一体化装置的设计与结构特征

3.2 新型垂直流人工湿地一体化装置的污染物去除特性

3.3 本章小结

4 新型人工湿地陶粒基质的开发

4.1新型人工湿地基质的开发与优化

4.2 新型湿地陶粒基质物理化学性质的表征

4.3 新型湿地陶粒基质吸附能力分析

4.4 新型湿地陶粒基质对污染物吸附性能分析评价

4.5 本章小结

5 新型基质的垂直流人工湿地一体化装置系统的应用研究

5.1 湿地基质的铺设方式

5.2 新型基质的垂直流人工湿地一体化装置系统的污染物降解特性

5.3 污染物容积负荷的变化对系统运行效果的影响

5.4 进水水力负荷的变化对系统运行效果的影响

5.5 污染物种类的变化对系统运行效果的影响

5.6 湿地系统各断面的溶解氧量及污染物量变化规律

5.7 本章小结

6 结论与建议

6.1 研究结论

6.2 建议

致谢

参考文献

攻读硕士研究生期间取得的研究成果