强化垂直流—水平流组合人工湿地处理生活污水研究

发布时间：2020-04-23 17:04

【摘要】： 针对垂直流-水平流(vertical flow-horizontal flow,简称VF-HF)组合人工湿地系统普遍存在脱氮能力季节性差异和HF段反硝化碳源不足等问题,本研究通过在VF段填充一定量沸石基质,构建离子交换-生物再生强化组合人工湿地系统(enhanced vertical flow-horizontal flow hybrid constructed wetland,简称VF2-HF2),暖季和寒季,实现微生物与沸石基质协同脱氮,并以曲阳污水处理厂初沉池出水为试验用水,与VF段填充砾石构建的组合人工湿地系统(verticalflow-horizontal flow hybrid constructed wetland,简称VF1-HF1)进行了COD、NH_4~+-N、TN和TP处理效果比较研究。同时,开展了沸石生物再生动力学和水生植物枯叶强化HF段反硝化的动力学小试试验研究。当水力停留时间为4.4～17.6d,进水COD 120～300 mg·L~(-1)、氨氮12～33 mg·L~(-1)、总氮24～42 mg·L~(-1)和总磷2.8～9.4 mg·L~(-1)时,VF1-HF1组合湿地系统全年的去除率分别为64%～94%、4%～72%、3%～71%和15%～98%,而VF2-HF2组合湿地系统全年的去除率分别为82%～99%、52%～98%、34%～91%和20%～98%。当HRT≥4.4d,VF2-HF2组合湿地系统出水COD、氨氮、总氮和总磷全年可稳定达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918-2002)规定的一级B标准。如以出水水质达到GB18918-2002规定的一级B为主要目标,综合考虑处理水量和沸石生物再生要求,推荐VF1-HF1组合湿地系统采用HRT=17.6d,VF2-HF2组合湿地系统采用HRT=8.8d运行较为合适。基质类型对COD去除效果无显著影响,有机物的降解主要是通过厌氧菌和好氧菌的生物作用实现的,基质主要作为微生物附着的载体;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。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。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NH_4~+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~+、Ca~(2+)和Mg~(2+))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。植物枯叶释放有机碳源强化HF段反硝化是可行的。香蒲枯叶在投加后7～11d内反硝化速率最快,植物生长可将反硝化动力学常数k提高0.72倍,香蒲枯叶的投加可将反硝化动力学常数k提高3.56倍,香蒲枯叶经预处理后可将反硝化动力学常数k提高10.35倍;香蒲枯叶经碱洗预处理后,氨氮的释放速率和释放量随之增加,易降解含氮有机物在植物枯叶投加后10 d内分解较快,难降解有机氮化合物在在植物枯叶投加后17 d,可在酶催化剂作用下水解。PCR-DGGE分析结果表明,香蒲枯叶的投加和植物的生长都使反应器中的Shannon-Wiener指数发生一定变化。对DGGE结果进行测序分析和比对结果表明,反应器内主要存在的反硝化菌为Leptolyngbya属和Escherichia属,其相似性都达到了99%。
【图文】：

类型,表面流,生物膜,基质

(SurfaeeFlowWetland，，简称sF)、潜流人工湿地 (Horizontalsubsu血 eeFlowWetiand，简称H功、垂直流人工湿地恤 rticalRowWeiland，简称VF)，三类湿地构造如图1.1所示。表面流人工湿地水平流人工湿地地地群鉴拳拳(慈魏舞瘾夔夔窿器瓣舞匆自睡缀窦器器麒瘫黝撇翻姗撇撇群黔颧缴缴撇撇嗓巍参翻翻瞬瞬嘟 llll鬓鬓攀簿奉耀鬓爹籍豁藕麟熬痢痢二纂蔽而穷黝叨阴触比侧助麟麟餐戮汾滋翻翻黝黝簇鬃鬓纂纂瀚瀚瀚瀚绪魏要赛徽翻湘娜哪哪袭系路越麟妻妻妻妻鬓鬓撇 !!!\抓\垂直流人工湿地鑫鑫、、豪 !!!缴缴 ;;;价价价价泌潞脚圳麟.日湘湘彭彩名潭潭图1.1人工湿地的类型及构造示意图 Fig.1.1Schematiediagramofdi月笼rentt即eofconstructedwetland(1)表面流人工湿地表面流人工湿地类似于天然沼泽，水面暴露于大气，污水在人工湿地基质表面漫流，水位较浅，一般在0.1一0.6m。绝大部分有机物的去除是由生长在植物水下部分的茎、杆上的生物膜来完成。所以这种系统难以充分利用生长在基质表面的生物膜和生长丰富的植物根系对污染物的降解作用，其处理能力较低。与潜流湿地工艺相比其优点是投资少、操作费用较低;缺点是负荷小、占地面积较大，冬季北方地区表面会结冰，夏季易繁殖蚊蝇，散发臭味，而且在SF系统中，底层一般未经密封，有可能造成地下水污染。SF对悬浮物、有机质的去除效果较好，但对氮磷的去除率偏低(10%一15%)l101。氮在s

潜流,垂直流,类型,水平流

流一水平流 (VertiealFlowandHoriZontalRo砚简称VF一HF)组合人工湿地和水平流一垂直流 (HorizontalRowandVertiealFlow，简称HF一VF)组合人工湿地，具体构造如图1.2所示。
【学位授予单位】：同济大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2008
【分类号】：X703

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