污水地下渗滤系统N20产生的影响因素及控制技术

发布时间：2016-07-13 08:13

第 1 章 绪论

我国水资源再生利用和重复利用程度较低，这使得我国工业用水效率极低。根据 2004 年的统计数字，我国万元（人民币）GDP 用水量为 399m3，约为世界平均水平的 4 倍，是美国等发达国家平均水平 8 倍；中国万元工业增加值用水量为 196m3，约为发达国家平均水平的 4 倍；我国工业用水循环利用率低，，仅有60%~65%可被循环利用，而一些发达国家的工业水的循环利用率能达到 80%以上[4]。我国的水资源问题，一方面在于缺水严重、用水方式“粗放”且水资源利用效率很低；另一方面则是用水浪费惊人。在日常生活中，水资源常常在不经意间被浪费掉。洗涤废水、绿化用水等日常活动中，因没有废水回收处理措施而使大量水资源被一次性使用后流失，造成严重浪费。据不完全统计，中国城镇地区自来水因管道严重老化而漏失严重，漏失部分约占输送水量的 20%，这个比例是国外发达地区的 2 倍多。从饮用水健康的角度考虑，现在越来越多的国人质疑自来水的安全问题而较少饮用，喜欢饮用纯净水和桶装水，但实际上很少有人知道，一些纯净水企业受利益驱使往往对技术和设备投入较少，导致净水效率很低，生产 1 t 纯净水需要付出 3~ 4t 原水作为代价，因此造成极大的浪费[4]。

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第 2 章 生物基质层有机质含量对系统 N2O 产生的影响

2.1 材料与方法

地下渗滤系统模拟装置由装置主体、散水系统和集水系统三部分组成。装置主体为内径 9cm，高 130cm 的有机玻璃管，由上、中、下三部分组成，以法兰连接（如图 2.1，2.2）；基质从下往上依次为鹅卵石（平均粒径 10mm）、细砂、混合基质层、生物基质层和农田土层。鹅卵石和细砂的厚度 5cm；混合基质由细砂、炉渣和农田土按体积比 1:2:7 的比例均匀混合而成，铺设厚度 65cm；生物基质由风干活性污泥（取自污水处理厂）、炉渣和农田土按体积比 1:2:7 的比例混合而成，铺设厚度 15cm；农田土层铺设厚度 30cm。布水管位于表层土下 45cm 处，集水系统位于系统最底端，将系统出水汇集于一处，便于水样的采集。

2.2 结果与讨论

随着有机质含量由 2.0%升高到 9.5%，NH4+-N 和 TN 的去除率分别由（92.7±0.3）%、（80.8±0.4）%降低到（73.2±2.3）%、（56.8±0.8）%。污水地下渗滤系统对氮素的去除主要通过脱氮微生物的硝化-反硝化过程实现的，硝化过程是在硝化细菌的作用下 NH4+-N 转化为 NO3--N 的过程，主要发生在渗滤基质好氧区；反硝化过程是在反硝化细菌的作用下 NO3--N 被还原为 N2的过程，主要发生在渗滤区下层的厌氧区，只有硝化反应与反硝化反应均完全进行时，系统才能具有较好的脱氮效果[59]。由于有机质的降解与硝化反应的进行均需好氧条件，故当基质内有机质含量升高时，有机质的降解需要消耗部分溶解氧，致使基质内氧化还原电位降低，硝化过程受到抑制，NH4+-N 的去除率降低；随着土壤有机质含量的升高，有机物不能在基质表层好氧区被完全降解，随水流进入厌氧区，为反硝化反应提供充足的碳源，且氧化还原水平逐渐降低，利于反硝化反应的进行，出水中 NO3--N 的浓度减少进一步说明反硝化反应进行地较完全，但反硝化反应需要以硝化反应的产物（NO3--N）作为反应物，当硝化反应受到抑制时，硝化反应与反硝化反应不能充分发挥其联合作用，系统脱氮效率降低。在生物基质层中添加牛粪后，随着有机质含量的增加，污水中各污染物的去除效果均有所下降，在研究基质改良时，不建议将外加碳源添加到生物基质层中。

第 3 章操作条件对系统 N2O 产生的影响-模拟实验...... 35

3.1 材料与方法 ......... 35 
3.2 结果与讨论 .......... 37 
3.3 本章小结 .............. 58
第 4 章操作条件对系统 N2O 产生的影响-原位实验........ 59
4.1 工程概述 ......... 59
4.2 工艺特征与脱氮设计 ......... 59 
4.3 静态箱法实验过程 ............... 61
第 5 章结论与建议.................75
5.1 结论 .................... 75
5.2 建议 .................. 76

第 4 章 操作条件对系统 N2O 产生的影响-原位实验

4.1 工程概述

本研究依托沈阳某大学校园生活污水地下渗滤处理示范工程，该示范工程采用生物接触氧化-地下渗滤系统组合工艺对校园生活污水进行生态化处理，其中，地下渗滤系统作为示范工程的核心工艺占地 3000 m2（100m×30m），平均日处理污水量为 300m3，设计最大处理量为 360m3•d-1，出水各项指标均达到或优于《城市污水再生利用—景观环境用水水质》标准（GB/T 18921—2002）[72]。正常运行条件下，生活污水原水、地下渗滤进水及出水水质如表 4.1 所示。

4.2 工艺特征与脱氮设计

生活污水通过下水道收集汇到进水井（当污水量超过示范工程的处理能力时，超出部分直接流入市政管网），经格栅除去较大的悬浮物后储存于调节池，经提升泵注入接触氧化池，部分有机物、含氮化合物等污染物被降解与转化，污染物的可生化性得到提高，在沉淀池进行泥水分离，污泥注入污泥池浓缩，部分污泥回流到接触氧化池，剩余污泥经压缩后外运，沉淀池的上清液流进配水井，经一级、二级配水槽将污水均匀地分配到地下渗滤区，处理后的水汇集到集水井，用于校园绿化区的浇灌并补充景观湖的水位。

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第 5 章 结论与建议

5.1 结论

本研究围绕污水地下渗滤系统 N2O 释放特征的影响因素，通过模拟实验与场地实验相结合的方式，研究了生物基质层有机质含量、进水负荷、运行方式等因素对 N2O 释放特征的影响，为进一步优化地下渗滤系统的基质床结构设计，合理调控地下渗滤系统的运行参数提供数据参考。具体结论如下：（1）通过向基质中添加牛粪的方法，提高基质好氧区有机质的含量，随着有机质含量的升高，系统对污染物的去除率降低，当有机质含量由 2.0%升高到 9.5%时，COD、NH4+-N、TN 的去除率分别降低了 10.9%、19.5%、24%。N2O 产率也随有机质含量的升高而降低，当有机质含量由 2.0%升高到 9.5%时，N2O 产率降低了 2.77mg N2O.m-2.d-1。

5.2 建议

本研究主要分析了基质结构与操作条件对污水地下渗滤系统 N2O 产生与释放的影响，但其影响因素众多，建议在后续工作中开展如下研究：（1）温度变化对系统 N2O 释放的影响。环境温度变化会引起地下渗滤系统微生物活性，从而影响 N2O 的产生，此外高纬度地区得冻融交替气候条件也会影响N2O 的释放。（2）渗滤区表层植物对系统 N2O 释放的影响。部分植物能够吸收 N2O，且不同植物地下-地上部分的吸收能力不同。研究不同植物对 N2O 的吸收作用和代谢产物，可为进一步剖析氮的迁移转化规律并为 N2O 的产释机理提供理论依据。

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参考文献（略）

本文编号：70107