人工湿地污染物去除规律与机理及其动力学模型研究

发布时间：2020-08-24 09:46

【摘要】：针对人工湿地处理地表水体污染物的国内外研究进展,本文以成都市凤凰河二沟污水处理系统中的人工湿地为研究对象,从水质监测分析评价、河流健康风险评价、污水处理水平量化评估、室内实验模拟及动力学分析等方面开展了人工湿地污染物去除规律、机理及动力学分析研究。首先,对凤凰河二沟调查取样并进行水质监测,采用环境影响评价中推荐的公式,对其现有水质进行评价;其次,根据取样检测出的基因型有毒物质、致癌物质、非致癌物质的含量,建立不同的风险评估模型,进行河流健康风险评价,从而定量确定凤凰河污染程度;再者,探讨凤凰河二沟人工湿地污水处理系统对COD、TN、TP及SS的去除效率、原理,在对污水处理水平进行量化评估的基础上建立相似的实验室人工湿地系统对污水处理进行室内模拟,由此完善系统机理,从而为实际工程设计提供理论基础;最后,通过去除动力学模型的建立以预测在某个水力停留时间、某个进水浓度等条件下,该人工湿地系统出水口的排放浓度以体现其处理效果。研究工作得到如下结论:1.凤凰河二沟的污水处理系统利用人工快渗系统预先处理上游来水,再经由人工湿地系统进行处理,《城镇污水处理厂污染物排放标准(GB18918—2002)》的一级标准得以实现,同时可以使原本严重超标的上游来水到达下游断面之时,各项主要指标均能满足《地表水环境质量标准》(GB3838-2002)Ⅲ类标准限值。2.通过开展凤凰河二沟水环境健康风险评价,可以确认致癌物质镉(Cd)和铬(Cr)在河流水环境中对于个人所产生的年风险水平可控。具体而言,一方面此类致癌物质与国际辐射防护委员会(ICRP)所建议的可接受最大含量及美国环保署在饮用水源中所倡导的可伤害个人的各类重金属污染物的年风险限值进行对比,均未达到限制;另一方面对于暴露人群而言,此类致癌物质并不会对其健康风险带来明显的威胁。与此同时,本文的模型和论证结果表明,凤凰河二沟在安全地表水源地保障系统建立及河流水风险管理上均有不错的效果。3.通过对该人工湿地系统的进出水污染物浓度监测,一方面TP的去除率达到53%,SS的去除率达到74%,COD去除率达到35%,TN的去除率超过52%,表明该人工湿地系统具有不错的处理水平;另一方面在人工湿地处理过程中由微生物衍生的溶解性有机质(DOM)相对较高,其腐殖化程度高。FRI法(荧光区一体化)表明,DOM与腐殖物及类富里酸物质相比,其所包含的类酪氨酸物质(PI,n)更易进行生物分解。研究同时表明,COD、TN、DOC与多种类酪氨酸物质(PI,n)值呈正相关,与腐殖化程度呈负相关,从而会导致COD、TN、DOC随DOM的分解和腐殖化程度的升高而降低。4.通过实验室模拟人工湿地系统,借助构建的模型进行一系列生活污水的处理实验,深入探讨COD、TN、TP等组分在系统中的迁移、转化与降解规律。在人工湿地系统中污染物(特别是含氮污染物)降解机制的分析基础上,分析了现有人工湿地TN、TP去除率不理想的原因,据此改善池体结构、改良快速渗滤池滤料成分并优化运营模式,据此提升该类污染物的去除效率。5.基于人工湿地系统中有机物降解理论,在利用数学物理方法建立人工湿地系统中有机物含量的确定性模型基础上,考虑到有机物在人工湿地系统中降解过程的不确定性特点,引入维纳过程W(x)优化,得到可有效量化人工湿地系统有机物浓度的随机模型。与此同时,为研究人工湿地系统中氮元素的迁移转化和模拟氮元素生态过程,引入STELLA软件建立相应的生态动力学模型。研究结果显示,在一定时间内,该人工湿地系统中氮元素的变化和植物与微生物的增长情况均可以通过该生态动力学模型进行预测并得到不错的效果。
【学位授予单位】：西南交通大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：X703
【图文】：

凤凰,成都市,污水处理工程,沟水

西南交通大学博士研究生学位论文逦第第２章人工湿地水质现状评价逡逑凰河＿沟及特点逡逑凰河二沟的源头在成都市郫都区方碑村，其流域将凤凰山以西、成彭路地区覆盖，在刘家碾水闸下游左岸８０米处汇入成都的饮用水源之一沙河５平方公里。三环路以外流经郫都区安靖镇、新都大丰镇、金牛区的友区、陆家社区、古柏社区。由于凤凰河二沟在三环路以外的河段缺少完，沿途所有的乡镇企业及生活污水，农灌废水以及地表径流水都未经处道，造成河道水质常年处于劣Ｖ类，严重影响了周边居民的生活环境。凤凰河二沟直接排入沙河，造成成都市自来水二厂、五厂的取水水源的响了中心城区居民的饮水安全［４４］。逡逑

示意图,COD浓度,去除率,快渗系统

图３－２人工湿地冬季、夏季ＣＯＤ去除率对比图逡逑人工快渗系统处理的污水经收集后被泵入到对岸的人工湿地系统，湿地系统进水逡逑的ＣＯＤ浓度在２６．７？４９．８ｍｇ／Ｌ之间，均值为３８．６ｍｇ／Ｌ；出水中ＣＯＤ浓度在１６．９？逡逑

关系图,去除率,浓度,出水

物排放标准》（ＧＢ１８９１８—２００２）邋—级Ａ排放标准。逡逑温度也是影响湿地对污染物去除效率的一个重要因素。本文对比了冬夏两季湿地逡逑系统对有机物的去除率，如图３－２所示，冬夏两季各取三个典型去除率监测值，结果逡逑发现夏季湿地对于有机物的去除率要明显高于冬季。这主要是因为夏季湿地植物生长逡逑茂盛，而冬季的大部分植物都己枯萎或被人工收割，导致植物覆盖率降低，同时对有逡逑机物的吸收作用减弱，并且冬季气温低，植物根系区域微生物的生存环境遭到破坏，逡逑微生物的活性受到抑制，其分解活动减弱，从而降低了湿地对有机物的去除率。逡逑３．２．２邋ＴＮ的去除效率逡逑采样监测的２４组实验数据如表３－３及图３－３所示，由于受季节影响，进水中ＴＮ逡逑的浓度在２０？３３ｍｇ／Ｌ之间波动。湿地系统对ＴＮ的去除率在３７？６７％之间，对比不同逡逑季节可以得出，夏季人工湿地对ＴＮ的去除效率（平均去除率６１％）明显高于冬季（平逡逑均去除率４３％），夏季湿地系统出水水质达到了《城镇污水处理厂污染物排放标准》逡逑（ＧＢ１８９１８—２００２）邋—级Ａ标准

【参考文献】