水培—复合人工湿地处理城市污水季节稳定性中试研究

摘要

针对传统人工湿地存在着处理效率低、易堵塞、冬季处理效果差等问题,本研究拟开发出高效率、稳定及易于运行管理维护的极浅型水培-复合人工湿地新工艺。在课题组前面研究的基础上，对极浅型水培-复合人工湿地污水处理技术的稳定性、不同深度复合人工湿地季节性差异及黑麦草人工湿地在北方寒冷地区越冬的可行性等内容进行了研究。试验系统设在西安市某污水处理厂内,系统由三组深度分别为0.1m,0.3m和0.6m的水培槽、水平流湿地和垂直流湿地组成,试验原水采用污水厂初沉池出水,进水量为0.15m3/d,一天三次间歇进水。栽培植物为黑麦草,系统共运行九个月,跨越三个季度。研究结果表明:
　　(1)以黑麦草作为栽种植物的水培-复合人工湿地工艺对城市生活污水处理效果良好。在春夏季节,0.1m、0.3m和0.6m三组系统出水中各项污染指标均可稳定达到城镇污水处理二级排放标准(GB18918-2002),其中深度为0.1m的极浅型水培-复合人工湿地对污水的净化效果明显好于0.3m和0.6m系列,在脱氮除磷方面优势明显。
　　(2)水培植物生态槽作为人工湿地的预处理设施对城市生活污水有较好的净化效果,尤其是对COD、SS有较强的去除能力,有效地削减了后续人工湿地的进水有机负荷和固体悬浮物浓度,降低了人工湿地的表面负荷和基质堵塞的风险;较浅的栽培水深使黑麦草根系更加发达,强化了植物的泌氧和对水中污染物质的吸收能力,并且发达的根系有利于水中微生物的附着和对悬浮物固体的截留。
　　(3)人工湿地中基质深度不仅与水力负荷、水力停留时间和容积负荷等密切相关,还直接影响着系统对污水的处理效果。当基质深度减小至0.1m时,湿地内部的溶解氧浓度和氧化还原电位明显升高,有效地解决了传统湿地中溶解氧不足和厌氧区过大的问题,提升了系统对污染物质的去除效率。
　　(4)在不同季节,不同基质深度的湿地处理效果差异显著。冬季气温低时,水中饱和氧浓度升高,湿地内部溶解氧和氧化还原电位均比其它季节高,这时抑制微生物活性的主要因素是温度;进入春夏季节气温升高,水中饱和氧浓度降低,使得湿地内部溶解氧和氧化还原电位降低,这时影响去除效率的主要抑制因素变为溶解氧。0.1m系列湿地基质深度最浅,湿地内部溶解氧浓度一直高于其他两系列,而在冬季其保温性能却较差。因此,在不同气候条件下,抑制因素和自身优势的不同导致不同深度人工湿地去除效果表现迥异。
　　(5)水培槽和人工湿地的去除效果在冬季结冰前后差异明显。结冰条件下,表面冰层极大的限制了大气复氧,导致其去除率显著下降。较大的水深和基质深度有利于保温,在冬季结冰气候下,0.6m系列表现出较好的稳定性。因此,实际工程中,极浅型人工湿地在冬季低温寒冷地区使用应注意到其保温问题,亦可采用与不同深度湿地组合使用。
　　(6)黑麦草适宜作为水培槽和人工湿地的栽培植物在冬季低温寒冷地区使用,可避免冬春季节湿地中换种植物带来的问题,亦节省管理维护费用。研究中发现,系统中黑麦草的生长情况好于陆地上的对照组,并且其对氮的吸收能力优于美人蕉,适时的对黑麦草收割利于促进其生长和污染物的去除。

目录

封面

声明

中文摘要

英文摘要

目录

1 绪论

1.1 研究背景

1.2 课题来源、研究目的和意义

1.3 研究内容、技术路线和创新点

2 水培-复合型人工湿地系统概况及试验方法

2.1 系统概况

2.2 水培-复合型人工湿地系统的启动与运行

2.3 试验分析方法

3 不同季节不同深度水培槽对污水的净化效果

3.1 植物生长状况及分析

3.2 进出水pH、DO、ORP和温度的变化

3.3 对COD的去除效果及影响因素分析

3.4 对N的去除效果及影响因素分析

3.5 对P的去除效果及影响因素分析

3.6 对SS的去除效果及影响因素分析

3.7 本章小结

4 不同季节不同深度人工湿地对污水的净化效果

4.1 植物生长状况及分析

4.2 进出水pH、DO、ORP和水温变化

4.3 对COD的去除效果及影响因素分析

4.4 对N的去除效果及影响因素分析

4.5 对P的去除效果及影响因素分析

4.6 对SS的去除效果及影响因素分析

4.7 本章小结

5 气候条件和植物收割对污染物去除效果的影响

5.1 水培槽在结冰前后的去除效果对比分析

5.2 人工湿地在结冰前后对污染物的去除效果对比分析

5.3 黑麦草收割次数和收割时间对去除效果的影响

5.4 本章小结

6 结论与建议

致谢

参考文献

附录 硕士研究生学习阶段发表论文