人工湿地去除农业区暴雨径流中氮磷的研究

摘要

该课题对滇池流域内暴雨径流的特点及其组成进行调查研究,通过现场中试试验,对潜流和自由表面人工湿地脱氮除磷进行了系统全面的研究.在此基础上建成人工湿地组合系统控制暴雨径流氮磷污染示范工程.通过连续流试验,得到当以去除氮磷为目的时潜流湿地床和表面流湿地床最佳停留时间分别为5d和2d.在最佳停留时间下,芦苇潜流湿地床、茭草潜流湿地床以及表面流湿地床对总氮的去除效率分别为75.6％和63.5％和85％;对总磷的去除率分别可达到86％、73％和80％以上.对总氮的单位面积年平均面积负荷去除率分别为1593、1569和1440mg.d-1.m-2,对应总磷面积负荷去除率为208、180和128mg.d-1.m-2,通过在同等水力负荷和同等污染物负荷条件下对各形态人工湿地床的比较可以得出结论,芦苇潜流湿地床在各种条件下对氮磷的面积负荷去除率明显优于其它各床,而且系统稳定性较好.动力学分析表明,总氮和硝氮去除可以用一级反应动力学方程描述,芦苇、茭草潜流湿地和自由表面湿地总氮一级反应常数分别为0.25、0.204和0.798一,对应的硝氮一级反应常数为0.242、0.157和0.985d-1.氮主要通过硝化和反硝化作用去除,植物收获可去除入水氮量的3.4~10.8％,植物还可以通过改善系统水力学状态和微环境增加氮磷的去除.系统运行状态不同,植物对磷的吸收量不同,在低负荷下,植物吸收磷是磷去除的主要途径,高负荷时,吸附和沉淀是磷的主要去除途径.潜流湿地和自由表面湿地均具有较强的耐冲击负荷能力,能够很好的用于控制暴雨径流,潜流湿地设计平均水力停留时间大于3d,自由表面湿地设计平均水力停留时间大于2d,总氮和总磷去除率可以达到50％以上.湿地在处理暴雨前,应进行很好的维护工作,否则,人为的干扰与破坏对系统除磷将产生严重影响.增加碳源可以提高潜流湿地的脱氮效率,但是对自由表面湿地脱氮影响不大.碳源的增加对湿地除磷具有负面影响.通过建立和运行示范工程表明,采用沉淀池、自由表面湿地、沸石潜流湿地和稳定塘组合工艺系统能够有效的控制暴雨径流中的氮和磷,工程占地6.2ha,占流域面积1.35％,完全可达到50％去除率的设计要求.同时也证明人工湿地系统对暴雨径流中的氮磷有良好的去除效率,且抗冲击负荷能力强.作为一种低成本、易操作和高效率的处理方法,这项技术适合我国国情,尤其适合广大农村、中小城市的污水处理,在流域面源污染防治方面具有极其广阔的应用前景.

目录

文摘

英文文摘

本论文的特色与创新之处

第一章绪论

1.1暴雨径流污染控制

1.2人工湿地污水处理技术

1.2.1人工湿地的概念及类型

1.2.2人工湿地的污染物去除机理

1.2.3人工湿地的研究进展

1.3课题概况及主要研究内容

1.3.1课题来源

1.3.2研究目的及意义

1.3.3主要研究内容和方法

第二章示范区概况及暴雨径流特征

2.1示范区概况

2.1.1气候

2.1.2降雨

2.1.3土壤

2.1.4社会经济状况

2.2示范区暴雨径流特征

2.2.1示范区降雨特征

2.2.2示范区暴雨径流流量和污染物特征

2.3小流域暴雨径流特征研究

2.3.1小流域分水岭特征

2.3.2暴雨径流流量特征

2.3.3污染物浓度特征

2.3.4污染物分布特性分析

本章小结

第三章潜流型人工湿地脱氮除磷研究

3.1试验介绍

3.1.1试验装置

3.1.2检测分析方法

3.2潜流湿地流态研究

3.3潜流型人工湿地脱氮研究

3.3.1总氮的去除

3.3.2硝氮的去除

3.3.3水力停留时间对脱氮效率的影响

3.3.4氮去除动力学分析

3.3.5碳源对脱氮的影响

3.3.6植物的作用

3.3.7氮去除途径分析

3.4潜流人工湿地除磷研究

3.4.1总磷的去除

3.4.2水力停留时间对除磷效率的影响

3.4.3碳源对除磷的影响

3.4.4填料对磷的吸附

3.4.5植物的作用

3.4.6磷去除途径分析

3.4.7 pH值的影响

3.5潜流湿地冲击负荷试验

3.5.1试验介绍

3.5.2小流量冲击负荷试验

3.5.3大流量冲击负荷试验

本章小节

第四章自由表面人工湿地脱氮除磷研究

4.1自由表面人工湿地脱氮研究

4.1.1氮的去除效果

4.1.2水力停留时间对脱氮效率的影响

4.1.3碳源对脱氮的影响

4.1.4氮去除机理分析

4.2自由表面人工湿地除磷研究

4.2.1总磷的去除

4.2.2水力停留时间对除磷效率的影响

4.2.3碳源的影响

4.2.4土壤磷吸附特性

4.2.5植物对磷的吸收

4.3自由表面人工湿地冲击负荷试验

4.3.1小流量冲击负荷试验

4.3.2大流量冲击负荷试验

本章小结

第五章暴雨径流氮磷污染控制示范研究

5.1小河口人工湿地示范工程

5.1.1处理工艺选择

5.1.2工程平面布置及设计参数

5.2小河口湿地工程运行结果

5.2.1工程建设前天然湿地运行状况。

5.2.2工程建成后运行状况

5.3 工程建设和运行中的关键问题

5.3.1暴雨径流中的飘浮物捕获

5.3.2植物收割

5.3.3暴雨径流湿地中控制水位

5.3.4湿地处理暴雨径流的占地

5.3.5泄洪沟渠的设计

本章小节

第六章结论和建议

6.1主要结论

6.2建议

参考文献

附 录

致 谢