村镇生活污水组合人工湿地处理技术研究

摘要

组合人工湿地常用于提高污水的脱氮除磷效率，对资金少、能源短缺和技术人才缺乏的中小城镇和乡村有较强的适用性。但其脱氮除磷的微观机制目前仍不明确，还需进一步探讨和证实。本研究构建垂直流-水平流(vertical flow-horizontal flow,简称VF-HF)组合人工湿地对生活污水进行处理，探讨了氮、磷在组合人工湿地中的归趋途径，采用INT技术对生物活性进行诊断，并考察了沸石基质在脱氮过程中的影响和多植物系统在人工湿地中的作用。主要结论是：1)通过对氮、磷转化模式的分析，检测了植物、基质、微生物中的氮、磷含量，计算出组合人工湿地的氮、磷归趋途径。对全年脱氮途径的分析和计算结果表明，生物脱氮占69％，是VF2-HF2人工湿地主要的脱氮形式，沸石吸附仅占16％，证明暖季沸石的吸附能力可以实现生物再生；对全年磷去除途径计算和分析可知，VF2-HF2组合人工湿地系统除磷作用主要发生在VF段，基质的吸附和沉淀作用是除磷的主要途径，占除磷总量的84％，植物收割仅占4％，证实植物收割除磷对高负荷污水处理的作用是有限的。2)对湿地微生物进行形态特征、培养特征以及生理生化反应的观察，共得到七种菌株，其中五种是好氧菌，是在距离表面3cm和8cm处获得；两种是兼性菌，在12cm取样点获得。五种好氧菌中有三种是亚硝化细菌，另外两种是硝化细菌。两种兼性菌属于反硝化细菌。3)沸石生物再生小试试验结果表明，沸石对氨氮的吸附和离子交换作用主要在2d内完成，沸石对NH4+的饱和吸附量为3.32mgN·g-1；阳离子浓度、曝气、硝化细菌和异养菌对饱和沸石再生效率的影响均可用一级动力学方程(y=1-e-kt)模拟，曝气吹脱作用可使再生效率在再生液阳离子自然再生基础上提高1.5％，异养菌的存在可使再生效率提高7.7％，硝化细菌的存在可使再生效率提高48.9％。异养菌与硝化细菌共存时，再生时间超过80d时，硝化细菌和异养菌的生长存在底物抑制。通过对沸石再生前后沸石中的主要阳离子浓度(K+、Na+、Ca2+和Mg2+)测定可知，K+和Na+在沸石氨氮再生过程中起主要作用，这与四种离子与氨氮的分离因数测定结果相一致。4)通过单植物系统和多植物系统去除效果的比较，菖蒲和水葱组成的多植物系统具有较发达的根系，能为微生物的附着生长提供更多的表面积，同时对有机物也具有较高的吸收能力，因此对COD的去除能力要优于单一的芦苇植物系统。关键词 组合人工湿地；脱氮除磷；沸石基质；多植物系统

目录

文摘

英文文摘

第1章绪论

1.1概述

1.2崇明岛供排水现状及存在问题

1.2.1区域水体污染概况

1.2.2存在的主要问题

1.3村镇生活污水人工湿地处理技术的提出

1.4人工湿地污水处理技术研究的现状、水平和发展趋势

1.4.1人工湿地发展简史

1.4.2人工湿地类型

1.4.3组合人工湿地研究进展

1.4.4湿地水力学

1.4.5污染物去除机理

1.4.6湿地植物的作用

1.4.7基质的选择

1.4.8人工湿地反硝化动力学

1.5本研究的目的及意义

1.6科学技术价值和特色

第2章工艺系统设计与试验方法

2.1工艺系统设计

2.2试验材料

2.2.1人工湿地基质的选择

2.2.2植物

2.3试验水质与分析方法

2.3.1试验水质

2.3.2分析方法

第3章 VF/HF人工湿地中氮、磷归趋途径研究

3.1 VF/HF组合人工湿地中氮素的归趋途径

3.1.1人工湿地氮转化模式

3.1.2组合人工湿地氮去除计算方法

3.1.3全年氮负荷率变化

3.1.4植物吸收

3.1.5基质吸附

3.1.6有机氮沉积

3.1.7生物脱氮

3.1.8组合人工湿地系统的脱氮途径

3.2 VF/HF组合人工湿地中磷素的归趋途径

3.2.1人工湿地磷转化模式

3.2.2组合人工湿地磷去除计算方法

3.2.3基质中磷的空间分布与形态分析

3.2.4水生植物中含磷量分析

3.2.5有机磷沉积

3.2.6组合人工湿地系统的除磷途径

3.3小结

第4章人工湿地中微生物的分离与生物活性研究

4.1人工湿地中生物膜组成细菌的鉴定与分析

4.1.1样品的采集

4.1.2生物膜的分离与纯化

4.1.3细菌的鉴定

4.1.4微生物分离结果与讨论

4.2人工湿地系统中的微生物活性

4.2.1 INT脱氢酶活性随运行时间的变化

4.2.2不同取样口INT-脱氢酶活性比较

4.3小结

第5章沸石对铵吸附能力及生物再生试验研究

5.1试验材料与方法

5.1.1试验装置

5.1.2试验材料

5.1.3试验步骤

5.1.4试验方法

5.2试验结果与讨论

5.2.1沸石的饱和吸附容量

5.2.2沸石中氨氮的解吸和硝化

5.2.3饱和沸石的再生效率和硝化效率

5.2.4饱和沸石生物再生途径

5.2.5沸石再生前后阳离子分布及表面形态观察

5.3本章小结

第6章多植物系统在人工湿地污染物去除中的作用

6.1多植物系统中的污染物去除

6.1.1 COD的去除

6.1.2氨氮的去除

6.1.3总氮的去除

6.1.4总磷的去除

6.2植物生长作用研究

6.2.1植物生长对基质的影响

6.2.2植物生长对反硝化动力学影响分析

6.3小结

结论

致谢

参考文献

攻读博士学位期间发表的学术论文

博士后期间发表的学术论文及科研成果

个人简历