生物膜与水生植物耦合作用提升城市河道水质的技术研究

摘要

城市河道水质恶化对城市环境破坏日渐严重，该问题备受各界关注，问题的解决刻不容缓。生物膜技术和浮岛技术以其良好的环境效益、较低的运行成本等优点成为河道水质修复的重要方法。本论文通过生物膜、植物浮岛、生物膜与浮岛耦合以及在耦合系统中添加底栖动物分别对水质提升的研究，以期为河道水体修复实际工程运用提供技术支撑。
　　(1)控制生物膜系统于不同间歇曝气条件下，当停曝时间比为16∶8时具有最高的TN去除率（为29.2％），停曝时间比为4∶4时具有最高的NH4+-N和TP去除率（分别为91.8％和31.2％）。控制生物膜系统于不同DO浓度下，当DO浓度在0.5～1mg·L-1时，系统实现最高的TN去除率（为38.2％），具有最高NO2--N累积率（48天内出水浓度较进水平均增加了1.98倍），表明DO控制在该范围内，能明显抑制亚硝酸氧化菌活性，从而在系统中实现短程硝化反硝化。低温条件下，设置不同曝气量生物膜系统，各曝气系统较不曝气系统均具有更高污染去除率，当曝气量为1L·min-1时，虽然系统未实现最高的NH4+-N去除，但具有最高的TN和TP去除率(分别为23.8％和22.2％)，因此通过曝气可实现强化低温生物膜去污能力，并且适当的曝气量将具有更有效的强化作用。
　　(2)浮岛种植单一植物时，泽苔草具有最快速的氮磷去除能力，经7天即可将水中氮磷浓度降至地表Ⅱ类水质标准，且其植物全氮增量占水中TN去除量比例最高（为87％），水竹次之（为67.5％）;水竹茎叶全氮和慈姑茎叶全磷分别占全株比例最高(分别是87.2％和88.9％)，有利于通过收割地上部分将其移除;此外，水竹对低氮磷浓度和低温环境具有较强适应性，有利于实现长期连续净化水体效果。浮岛种植组合植物时，对水中氮磷物质去除速率顺序均为泽苔草+空心菜＞泽苔草+水竹＞水竹+慈姑。
　　(3)在模拟河道反应器中，不同曝气量的模拟两段式生物脱氮工艺与模拟AO工艺相比，曝气量为0.24L· min-1的模拟两段式生物脱氮工艺具有最高的TN去除率（为35.1％）。单独种植水竹时，其对水中COD和TP去除效果显著。耦合系统运行中，当进水污染浓度改变时，NH4+-N和COD的去除率受影响较小，而TN和TP受影响较大，其去除率在2倍进水污染浓度时受影响最大(分别较单倍进水降低25.7％和19.3％); HRT改变对系统出水影响相对较小，TN和TP去除率在HRT为24h时达到最大（分别为44.2％和37.1％）。
　　(4)模拟河道反应器中，随泥鳅单独添加量的上升，TP去除率提高，但NH4+-N去除率下降（最多时NH4+-N浓度上升21.4％）;随田螺单独添加量上升，NH4+-N、TN、TP去除率均相应提高（最高分别上升1.8、2.5、1倍）;组合添加两种底栖动物时，具有相对单独添加时更为有效的污染去除作用。通过在生物膜和浮岛耦合系统中添加底栖动物泥鳅和田螺构建复合生态系统，将有利于综合各单元处理效果，发挥其复合功能，使NH4+-N、TN、TP、COD平均去除率分别达到75.4％、61.2％、50.0％、83.7％。

目录

摘要

第一章 绪论

1．1 引言

1．2 城市河道水体修复的基本方法

1．2．1 物理修复技术

1．2．2 化学修复技术

1．2．3 生物修复技术

1．3 生物膜修复技术

1．3．1 生物膜法修复水体的基本原理

1．3．2 生物膜技术修复水体应用现状

1．4 浮岛修复技术

1．4．1 浮岛修复水体的机理

1．4．2 浮岛技术修复水体应用现状

1．5 本文研究的目的和内容

1．5．1 研究目的

1．5．2 研究内容

1．5．3 技术路线

第二章 固定化生物膜系统提升城市河道水质

2．1 引言

2．2 材料与方法

2．2．1 实验材料

2．2．2 试验方法及运行方式

2．2．3 测定指标与方法

2．3 结果与讨论

2．3．1 间歇曝气方式对生物膜系统水质提升能力的影响

2．3．2 控制溶解氧对生物膜系统脱氮性能的影响

2．3．3 低温环境对生物膜系统性能的影响及曝气强化作用

2．4 本章小结

第三章 植物浮岛提升城市河道水质

3．1 引言

3．2 材料与方法

3．2．1 实验材料

3．2．2 试验方法及运行方式

3．2．3 测定指标与方法

3．3 结果与讨论

3．3．1 浮岛种植单一植物水质提升能力

3．3．2 浮岛种植组合植物水质提升能力

3．4 本章小结

第四章 模拟河道中生物膜与浮岛耦合作用提升城市河道水质

4．1 引言

4．2 材料与方法

4．2．1 实验材料

4．2．2 试验方法及运行方式

4．2．3 测定指标与方法

4．3 结果与讨论

4．3．1 模拟河道反应器生物膜单独对水质净化作用

4．3．2 模拟河道反应器浮岛段水竹单独对水质净化作用

4．3．3 耦合系统对水质的净化能力及系统对水质波动的适应能力

4．4 本章小结

第五章 添加底栖动物强化生物膜和浮岛系统生态功能提升河道水质

5．1 引言

5．2 材料与方法

5．2．1 实验材料

5．2．2 试验方法及运行方式

5．2．3 测定指标与方法

5．3 结果与讨论

5．3．1 模拟河道反应器中添加泥鳅与田螺对水质净化作用

5．3．2 添加泥鳅和田螺强化生物膜和浮岛系统净化水质

5．4 本章小结

第六章 结论与展望

6．1 主要结论

6．2 论文创新点

6．3 展望

参考文献

附 硕士期间完成的论文与主持的项目

致谢

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