填料结构对垂直流人工湿地脱氮效果及堵塞影响的研究

摘要

垂直流型人工湿地具有广泛的应用领域，既可以处理生活污水，也可以用于生活污水和工业废水的深度处理，其中脱除水体中的氮素是其重要的应用功能之一。填料结构是人工湿地构建的核心内容，当前，关于其对湿地净化效果的影响研究并不深入，不同填料结构的脱氮机理、与植物的协同作用以及应对多变水质的处理能力和抗堵性能仍需仔细研究。
　　本实验针对正粒径、反粒径和均一粒径填料结构的脱氮性能及其堵塞问题进行研究，以自建垂直流小试装置为基础，以自配污水为处理对象，综合植物，温度，有机污染负荷等影响因素，进行为期一年的净化实验，以期摸清各填料结构的脱氮性能与机理，同时比选出抗堵性能最好的填料结构，为垂直流人工湿地设计运行提供依据。
　　主要结果如下:
　　湿地复氧能力差异导致其内部溶解氧水平不一。反粒径填料结构表层较大颗粒空隙增加了湿地的复氧能力，其整体内部溶解氧水平较高，硝化反应能力强，但是TN的去除率不高;正粒径填料结构内部溶解氧水平呈现好氧厌氧分区，分别有利于硝化反硝化反应，拥有一个流畅的脱氮过程，其TN去除率较高;均一粒径填料结构溶解氧水平处于前两者之间，脱氮能力适中。
　　反粒径填料结构系统内部较高的溶解氧水平为其提供了较强的应对高有机负荷进水的能力，在保证硝化反应的同时，其内部溶解氧的迅速消耗又为反硝化提供了适宜的环境，因而在此进水条件下其TN去除率反而高于低有机负荷进水阶段;均一粒径填料结构湿地在此进水条件下与反粒径类似，但脱氮效果劣于前者;正粒径应对高有机负荷进水的脱氮能力最差，TN去除率下降。
　　植物的栽种对各填料结构湿地内部溶解氧的贡献不大，主要表现在根系周围区域DO值略有升高;但在高有机负荷进水处理阶段，植物组湿地脱氮效率要高于无植物组，正粒径填料结构最明显;正粒径填料结构中，植物的根系长势最发达，而在反粒径中植物根系延伸能力最强，此外正粒径结构表层细颗粒使其拥有较好的隔热性能，因而有一定抗寒能力。
　　正粒径和均一粒径填料结构湿地上层填料孔隙率下降幅度最大，而反粒径则主要出现在最底层填料;垂直流湿地出水流速与其内部生物膜积累的位置有关，而内部空隙的减少不是决定因素。反粒径结构出流速率降低较为严重。高有机负荷进水处理阶段会导致湿地内部孔隙率的明显下降，在反粒径填料中停床休作也不能起到很好的缓堵作用。综上，不同结构各具优势，可根据实际需要进行选用。

目录

声明

论文说明

摘要

第一章 绪论

1．1 生态水处理技术

1．2 人工湿地简介

1．2．1 人工湿地的种类和特点

1．2．2 人工湿地污水处理技术的发展

1．3 人工湿地重要应用之氮素脱除

1．3．1 人工湿地脱氮机理

1．3．2 影响脱氮效果的主要因素

1．3．3 湿地脱氮效果的优化措施

1．4 人工湿地推广制约因素-堵塞

1．4．1 人工湿地堵塞现象描述

1．4．2 人工湿地堵塞影响因素分析

1．4．3 应对人工湿地堵塞的措施

1．5 研究目的、内容

1．5．1 研究目的

1．5．2 研究内容

1．5．3 技术路线

1．6 论文创新点

第二章 实验系统设计与操作

2．1 实验系统的方案设计

2．1．1 填料的选择

2．1．2 填料来源

2．1．2 填料成分与特性

2．1．3 实验装置设计

2．1．4 填料填充方式

2．2 实验系统的运行

2．2．1 装置启动

2．2．2 阶段实验运行概况

2．2．3 垂直流填料柱的运行方式

2．3 堵塞实验的实验方法

2．3．1 滤料区层问生物膜积累量测定方法

2．3．2 滤料区总生物膜积累量测定方法

2．3．3 堵塞系数的定义

2．4 水质净化指标的监测及分析方法

2．4．1 水质净化指标及分析方法

2．4．2 取样注意事项

第三章 不同填料结构的净化效果对比实验

3．1 概述

3．2 实验设计

3．2．1 实验进水水质

3．2．2 系统运行方式及取样方法

3．3 脱氮能力分析

3．3．1 低有机负荷运行阶段脱氮情况分析

3．3．2 高有机负荷运行阶段脱氮情况分析

3．3．3 解除高有机负荷胁迫后脱氮情况分析

3．3．4 低温环境对各系统脱氮能力的影响

3．4 本章小结

第四章 填料结构对湿地堵塞影响研究

4．1 概述

4．2 实验设计

4．2．1 实验进水水质

4．2．2 监测指标的选择与方法

4．3 各填料结构堵塞情况监测

4．4 本章小结

第五章 结论与建议

5．1 结论

5．2 建议

参考文献

符号说明

攻读学位期间的研究成果

致谢