潛流人工濕地處理農(nóng)村生活污水的工藝研究.pdf

1、農(nóng)村生活污水中含有氮、磷等營養(yǎng)物質(zhì)，未經(jīng)處理直接排入水體將導(dǎo)致水體富營養(yǎng)化的后果。通過對比常見分散污水處理技術(shù)的優(yōu)缺點，本文選擇將潛流人工濕地應(yīng)用于農(nóng)村生活污水的處理，針對濕地的凈水效果、凈化機理、工藝類型、影響因素、及模型構(gòu)建等方面展開相應(yīng)研究.主要研究內(nèi)容及結(jié)論如下：
　　 (1)采用植物浮床技術(shù)研究喜溫植物和耐寒植物的凈水能力，并對植物根系輸氧和光合作用對凈水效果的影響作出分析。結(jié)果表明：菖蒲和香蒲為春季優(yōu)勢植物，美人蕉為

2、夏季優(yōu)勢植物，石菖蒲和黑麥草為冬季優(yōu)勢植物.同一植物根系的氧氣擴散速率(ODR)與根長、根壁厚度、根直徑等因素有關(guān)，ODR較大的區(qū)域，微生物數(shù)量也較多，其ODR最大的區(qū)域在根尖區(qū).植物的凈光合速率Pn和蒸騰速率Tr的相關(guān)系數(shù)為0.961，呈顯著線性相關(guān)；有機物以化學(xué)需氧量(CODCr)表示，其去除率及氨氮（NH4+-N）、總氮(TN)的去除率與凈光合速率Pn呈相似的變化規(guī)律；濕地脫氮效果與凈光合速率Pn呈顯著相關(guān)；氨氮的去除效果與蒸騰速

3、率Tr呈極顯著相關(guān).
　　 (2)選用批量平衡法研究基質(zhì)的靜態(tài)吸附除磷性能，并對其吸附除磷動力學(xué)和熱力學(xué)作出分析。結(jié)果表明：Langmuir方程適合描述沸石、煤渣和無煙煤的磷素吸附等溫線，而Freundlich方程適合描述生物陶粒的磷素吸附等溫線，對比各基質(zhì)的理論飽和吸附量qm和吸附參數(shù)KF可知煤渣和無煙煤的除磷能力較強.溶液濃度、基質(zhì)用量、pH值、有機酸及其他陰離子對基質(zhì)的吸附除磷均有不同程度的影響.各填料達(dá)到吸附平衡的時間各

4、有不同，但吸附動力學(xué)特征相似，即初期反應(yīng)較快，后期反應(yīng)變慢，并逐漸達(dá)到平衡；隨著溫度的升高，基質(zhì)吸附速率提高，達(dá)到平衡所需時間減少；Elovich方程、雙常數(shù)速率方程和準(zhǔn)二級動力學(xué)反應(yīng)方程均能很好地描述基質(zhì)對磷素的等溫吸附動力學(xué)特征，其中以準(zhǔn)二級動力學(xué)方程的描述最為準(zhǔn)確.吸附系統(tǒng)的自由能變△G0＜0，焓變△H0＞0，反映基質(zhì)對磷的吸附作用是自發(fā)的吸熱過程，沸石和生物陶粒的除磷過程主要依靠物理吸附作用，煤渣和無煙煤的除磷過程，包括物理吸附

5、、配位體交換和化學(xué)吸附作用.
　　 (3)設(shè)計復(fù)合垂直潛流人工濕地模擬裝置，開展單一基質(zhì)和組合基質(zhì)動態(tài)凈水試驗、處理農(nóng)村生活污水試驗和運行參數(shù)優(yōu)選試驗.結(jié)果表明：有機物(CODCr)和總磷(TP)的去除率與進(jìn)水負(fù)荷無明顯相關(guān)性，總氮(TN)的去除率與進(jìn)水負(fù)荷具有正相關(guān)性；生物陶粒的生化處理性能較好，沸石對氮素的處理效果較為顯著，無煙煤對磷素的去除效果較為顯著.兼顧經(jīng)濟因素和凈化效能，可選用沸石、煤渣和礫石的體積比例為1:1:1作

6、為濕地組合基質(zhì).在復(fù)合流濕地的凈水效果中，下行流填料柱處于主導(dǎo)地位，上行流填料柱處于輔助地位，其中氮素的去除主要依靠硝化反硝化作用；水溫、氣水比、碳氮比、氮源形式等因素對其脫氮效率有顯著影響；實際生活污水中含有懸浮態(tài)氮，易出現(xiàn)“氮釋放”的現(xiàn)象?？紤]水力負(fù)荷和水深之間的交互作用時，根據(jù)用L27(313)安排試驗，采用SPSS13.0進(jìn)行方差分析和多重比較，發(fā)現(xiàn)交互作用對總磷的去除率有顯著影響，兼顧總氮和有機物的去除效果，本試驗系統(tǒng)的優(yōu)選方

7、案為水力負(fù)荷1200mm/d、水深80cm、低進(jìn)水濃度.
　　 (4)構(gòu)建水平流、下行流和上行流的人工濕地，開展處理農(nóng)村生活污水的運行試驗，對水力停留時間(HRT)、負(fù)荷率(φ)和溫度的影響進(jìn)行分析，并探討污染物沿程變化規(guī)律。結(jié)果表明：水平流濕地適合處理懸浮物和有機物負(fù)荷較高的農(nóng)村生活污水，HRT以4d為宜；下行流濕地適合處理氨氮和總氮負(fù)荷較高的污水，HRT以4d～6d為宜；上行流濕地適合處理總磷負(fù)荷較高的污水，HRT以8d為宜

8、。溫度對有機物去除速率的影響顯著，適合采用指數(shù)方程y=A.eBx擬合，各系統(tǒng)擬合的B值差異不大，表明有機物去除速率差異不明顯；溫度對氨氮、總氮去除速率的影響顯著，適合采用Sigmoidal方程擬合，下行流濕地系統(tǒng)對氨氮的去除速率受溫度影響較大，上行流濕地系統(tǒng)對總氮的去除速率受溫度影響較大；溫度對總磷去除速率的影響不及其他污染物顯著，亦可采用Sigmoidal方程擬合.有機物和磷素的沿程變化規(guī)律表現(xiàn)為逐漸降低的趨勢，氮素的沿程變化規(guī)律表現(xiàn)

9、為總體呈下降趨勢，但下行流和上行流濕地由于“氮釋放”現(xiàn)象出現(xiàn)不同程度的起伏.
　　 (5)分析了人工濕地基本模型的特點，選用系統(tǒng)動力學(xué)軟件Vensim對生態(tài)模型的存量流量圖進(jìn)行模擬，并探討了各類模型的統(tǒng)一微分形式.結(jié)果表明：系統(tǒng)的基本狀態(tài)、反應(yīng)動力學(xué)和水動力學(xué)是人工濕地模型不斷發(fā)展的內(nèi)在邏輯主線，但是不同類型的模型在建立基點、適用條件及所反映的機理等方面各有側(cè)重.衰減模型關(guān)注于濕地的污染物去除效率，動力學(xué)模型則反映濕地的污染物去

10、除速率，Monod模型中關(guān)注到微生物的新陳代謝作用對污染物去除的貢獻(xiàn)，而生態(tài)動力學(xué)模型則以“箱式”模型理論為基礎(chǔ)，包含了碳循環(huán)、氮循環(huán)、儲水量、溶解氧、自養(yǎng)微生物和異氧微生物六個子模塊，更為系統(tǒng)地考慮到人工濕地內(nèi)部的各種反應(yīng)機理和降解過程.從物理、化學(xué)和生物過程的協(xié)同作用出發(fā)，在現(xiàn)有模型的基礎(chǔ)上進(jìn)一步完善，探討人工濕地模型的統(tǒng)一微分形式為dC/dt=-kCn/(K+C)m,其中，m、n為結(jié)構(gòu)參數(shù)，取值不同，可獲得介于現(xiàn)有模型之間的過渡模