微曝气垂直流湿地净化城市污染内河水质研究

摘要

城市内河因受到工业废水、城市生活污水、城市面源等影响，水质污染和生态破坏十分严重，因此，在城市发展的同时，加强城市污染河流的处理，改进现有的污染河流净化技术十分必要。人工湿地系统已经广泛运用在污染的河流的治理上，其对水质的适应性强，处理量大，且不受泄洪或航运的影响，有较强的氮磷去除能力和显著的生态环境效益，同时有良好的景观效果，因此，有良好的应用前景。
　　本文在复合垂直流人工湿地结构的基础上引进了微曝气，设计了微曝气复合垂直流人工湿地小试系统，考察了曝气深度、位置（以曝气位置表示）、曝气时间、曝气强度对该系统去除污染河水中氮、磷、有机物效果的影响，提出了系统最佳的微曝气条件。并考察了最佳微曝气条件对基质中某些细菌数量和酶活性的影响。主要得到以下结果:
　　1.相同曝气强度2.55m3·h-1和曝气时间下，曝气位置对污水中氮、磷、氨氮这些营养物的去除率的影响不相同。曝气时间同为20min，在位置7，也就是第一格、第二格、第四格和第六格距离底部12cm高度处曝气，可以达到较好的河水中营养物的去除效果;曝气时间为40min，位置1（第一格的底部）是可以达到好的营养物去除效果的曝气位置;连续曝气60min，也是在位置7曝气，可以达到不错的去除营养物的效果。
　　曝气位置对污染河水中有机物的去除效果的影响因曝气时间的不同而不同。曝气时间分别为20min和40min，COD的去除率随曝气位置的改变所发生的变化比较明显;曝气时间较长时，改变曝气位置对该湿地系统的有机物降解影响较小。曝气时间并不是越长就越好，曝气时间为40min对污染物的去除效果较好。
　　曝气强度对湿地系统去除污染物的效果有一定的影响，但并非曝气强度越高就越好，太高，容易使运行成本上升，太小，对湿地处理效果的改善作用有限。综合考虑污染物去除效果和经济效益，选取2.55m3·h-1作为最优曝气强度。
　　该湿地系统最佳的微曝气条件是曝气强度:2.55m3·h-1，曝气深度、位置:最前端下行流池的底部，曝气时间:40min。在此条件下，TN、TP和COD的去除率均达到90％以上，NH4+-N的去除率达到70％以上，TN、NH4+-N和COD的出水浓度均低于地表水环境质量标准(GB3838-2002)中规定的Ⅰ类标准的值，TP的出水浓度介于Ⅰ类和Ⅱ类标准值。在该曝气条件下，湿地中的氧环境条件得到了改善，对各个单元的每一格出水的pH值变化影响较小。
　　由三个相同的下行流池-上行流池单元串联的结构组成的微曝气复合垂直流湿地有助于提高氮、磷及有机物的去除效率。
　　2.微曝气处理改变了基质的微生物数量。微曝气提高了基质中亚硝化细菌数量，增强了基质中的硝化作用，同时减少了反硝化细菌数量，使反硝化作用得到一定的抑制。曝气处理使靠近进水处的亚硝化细菌数量高出反硝化细菌数量1～2个数量级，而在靠近出水处由于反硝化细菌数量上有一定的减少，但因其基数很大，还是高出亚硝化细菌数量1个数量级。
　　微曝气降低了基质的脱氢酶活性，对曝气点附近区域的脲酶活性有明显的提高，是未曝气的1.5倍。
　　总体上微曝气改善了硝化细菌和反硝化细菌的分布和活性，提高了TN的去除率，进而改善了河水水质。

目录

声明

致谢

摘要

第1章 绪论

1．1 研究背景

1．2 城市污染内河的净化技术概况

1．3 人工湿地污水处理技术

1．3．1 人工湿地的分类及特点

1．3．2 人工湿地去除污染物的机理

1．3．3 影响人工湿地污染物去除的主要因素

1．3．4 国内外研究现状

1．4 研究目的及内容

1．4．1 课题来源

1．4．2 研究目的

1．4．3 研究内容与技术路线

第2章 微曝气复合垂直流人工湿地小试系统的构建

2．1 试验地点和环境条件

2．2 试验材料与装置

2．2．1 试验材料

2．2．2 试验装置

2．2．3 试验用水水质

第3章 复合垂直流人工湿地微曝气条件优化研究

3．1 试验方法

3．2 分析指标及测定方法

3．3 数据处理

3．4 试验结果与分析

3．4．1 曝气位置对河水中污染物的去除效果的影响

3．4．2 曝气时间对河水中污染物的去除效果的影响

3．4．3 曝气强度对河水中污染物的去除效果的影响

3．4．4 系统最佳微曝气条件下对沿程出水溶解氧浓度的影响

3．4．5 系统最佳微曝气条件下对沿程出水pH的影响

3．4．6 最佳微曝气条件下的污染物的沿程浓度变化

3．5 本章小结

3．6 问题与展望

第4章 微曝气对湿地基质中细菌数量和酶活性的影响

4．1 试验材料与方法

4．1．1 基质样品的采集

4．1．2 土样含水率的测定

4．1．3 亚硝化细菌数量的测定

4．1．4 反硝化细菌数量的测定

4．1．5 基质酶活性的测定

4．2 试验结果与分析

4．2．1 土样含水率

4．2．2 微曝气对细菌数量的影响

4．2．3 微曝气对基质酶活性的影响

4．3 本章小结

4．4 问题与展望

第5章 结论与展望

5．1 结论

5．1．1 复合垂直流人工湿地微曝气条件优化研究

5．2．2 微曝气对湿地基质中细菌数量和酶活性的影响

5．2 展望

参考文献

作者简历及在学期间取得的科研成果