垂直流人工湿地处理农村生活污水的试验研究

【摘要】：随着社会经济和城市化进程的发展,全国农村水资源污染已日趋严重,对于江西地区而言,在推进鄱阳湖生态经济区的建设过程中,如何妥善解决滨湖地区农村生活污水问题,保护鄱阳湖这一湖清水已成为亟待解决的问题。垂直流人工湿地在脱氮除磷及投资运行管理方面相对于传统的二级工艺在农村地区具有不可比拟的优势,但对利用该工艺去除农村生活污水中的各种污染物,尤其是氮磷净化效能的影响因子以及水力负荷的变化对氮磷去除效果影响的研究在江西地区并不多见,可供参考的动力学模型、关键的设计参数等也不多。 本研究基于人工湿地的地域差异性特点,研究了江西地区应用复合垂直流人工湿地处理农村生活污水中COD_(cr)、氮、磷的净化效果和规律。首先通过L9(34)正交试验分析确定了垂直流人工湿地对农村生活污水中COD_(cr)、NH_3-N、TN、TP去除效果的主要影响因素及其影响显著性;进而研究了主要影响因素中的水力负荷在多水平下对复合垂直流人工湿地净化效果的影响,探讨了垂直流人工湿地对主要污染物去除机理;并建立了COD_(cr)、NH_3-N、TN、TP去除反应动力学模型,确定了动力学方程参数。 本研究得出以下的分析结论: (1)正交试验研究结果表明:两组复合垂直流人工湿地系统进水碳氮比、水力负荷、pH值及流程四个因素对农村生活污水中各污染物的去除效率有显著性影响。影响COD_(cr)的作用大小依次为水力负荷流程pH碳氮比;影响NH_3-N的作用大小依次为流程水力负荷pH碳氮比;影响TN的作用大小依次为水力负荷碳氮比流程pH;影响1#湿地系统(香根草和荻湿地系统)TP的作用大小依次为水力负荷流程碳氮比pH,影响2#湿地系统(灯心草和香根草湿地系统)TP的作用大小依次为流程水力负荷碳氮比pH。由此可见,对各污染物的去除影响极为显著的是水力负荷,其次是碳氮比和流程,pH在四个因素中对污染物的去除影响较小。 (2)水力负荷试验研究结果表明:水力负荷与复合垂直流人工湿地系统对污染物的净化效果有着紧密的联系,两组湿地系统对污染物的净化效果虽有所差异,但均随着水力负荷的增加净化效果降低,出水水质变差。1#湿地系统在67、100、100、200mm/d的水力负荷下分别对COD_(cr)、NH_3-N、TN、TP的去除效果较好,出水浓度分别为46.55、7.21、12.76、0.46mg/L,均能达到《城镇污水处理厂污染物排放标准(GB18918-2002)》一级A标准,对应的去除率分别为88.15%、71.38%、67.01%、89.07%;2#湿地系统在40、67、100、100mm/d的水力负荷下分别对COD_(cr)、NH_3-N、TN、TP的去除效果较好,出水浓度分别为47.75、7.14、13.09、0.31mg/L,均能达到一级A标准,对应的去除率分别为87.52%、70.09%、66.15%、92.33%。由此可见,在40mm/d的水力负荷下,各污染物的出水浓度均能达到一级A标准。 (3)冬夏季的试验研究结果表明:复合垂直流人工湿地对污染物的去除夏季比冬季表现出较好的净化效果。COD_(cr)出水水质低于一级A标准,冬季1#、2#湿地系统对应的水力负荷分别在51、40mm/d,夏季对应的水力负荷均为51mm/d;NH_3-N出水水质低于一级A标准,冬季1#、2#湿地系统对应的水力负荷在100、51mm/d,夏季对应的水力负荷均为51mm/d;TN出水水质低于一级A标准,冬季1#、2#湿地系统水力负荷均在100mm/d,夏季1#、2#湿地系统水力负荷均在200mm/d;TP出水水质低于一级A标准,冬季1#、2#湿地系统对应的水力负荷在200、100mm/d;但在夏季1#、2#湿地系统水力负荷均在200mm/d。由此可见,夏季在51mm/d、冬季40mm/d的水力负荷下,各污染物出水水质达到一级A标准。 (4)动力学模型的研究表明:在江西地区利用复合垂直流人工湿地处理农村生活污水中COD_(cr)、NH_3-N、TN、TP的去除规律符合一级动力学关系,所建立的一级动力学模型相关系数均在0.9以上。1#系统的COD_(cr)、NH_3-N、TN、TP的一级动力学模型分别为ln(Ce/Co)=-0.0127t-1.177、ln(Ce/Co)=-0.0124t–0.5133、ln(Ce/Co)=-0.0123t–0.5453、ln(Ce/Co)=-0.0260t–1.5101;2#系统的COD_(cr)、NH_3-N、TN、TP的一级动力学模型分别为ln(Ce/Co)=-0.0107t-1.1416、ln(Ce/Co)=-0.0107t–0.4525、ln(Ce/Co)=-0.0117t–0.5362、ln(Ce/Co)=-0.0259t–1.4269。 以上的研究结果表明在江西地区采用复合垂直流人工湿地对农村生活污水中COD_(cr)、NH_3-N、TN、TP的处理能取得较好的去除效果,出水水质达到《城镇污水处理厂污染物排放标准(GB18918-2002)》一级A标准,研究所得出的影响因素的显著性大小、水力负荷对污染物处理效果的影响规律以及所建立的动力学方程可作为以后江西地区利用复合垂直流人工湿地处理农村生活污水的应用参考依据。 【关键词】：复合垂直流人工湿地 农村生活污水 脱氮除磷
【学位授予单位】：华东交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2011
【分类号】：X703.1
【目录】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-10
• 第一章 绪论10-14
• 1.1 研究背景10-12
• 1.1.1 我国农村水资源污染及治理现状10
• 1.1.2 人工湿地污水处理的意义10-12
• 1.2 课题来源及研究意义12
• 1.2.1 课题来源12
• 1.2.2 课题研究意义12
• 1.3 研究的主要内容及技术路线12-14
• 第二章 人工湿地污水处理系统概述14-29
• 2.1 人工湿地定义14
• 2.2 人工湿地的类型及特点14-15
• 2.3 人工湿地的构成及其作用机理15-17
• 2.4 复合垂直流人工湿地除污机理17-19
• 2.4.1 对有机物的去除17
• 2.4.2 对悬浮物的去除17
• 2.4.3 对氮的去除17-18
• 2.4.4 对磷的去除18-19
• 2.5 人工湿地处理农村生活污水历史沿革及现状19-23
• 2.5.1 人工湿地历史沿革19-20
• 2.5.2 国外处理农村生活污水的现状20-21
• 2.5.3 我国农村生活污水的处理技术的研究应用现状21-23
• 2.6 典型人工湿地污染物去除动力学模型23-27
• 2.6.1 衰减模型23-24
• 2.6.2 一级动力学模型24-25
• 2.6.3 Monod模型25-26
• 2.6.4 生态动力学模型26-27
• 2.7 人工湿地技术研究展望27-29
• 2.7.1 人工湿地污水处理技术研究中存在的问题27
• 2.7.2 人工湿地的研究与应用前景展望27-29
• 第三章 复合垂直流人工湿地试验系统及试验介绍29-35
• 3.1 复合垂直流人工湿地试验系统介绍29-33
• 3.2 检测方法33-35
• 第四章 复合垂直流人工湿地脱氮除磷正交试验研究35-55
• 4.1 正交试验概述35-37
• 4.1.1 正交试验的指标、因素、水平、正交表35-36
• 4.1.2 正交试验结果分析方法36-37
• 4.2 正交试验设计37-39
• 4.2.1 试验因素的选定37-38
• 4.2.2 因素水平的确定38-39
• 4.3 试验结果分析39-54
• 4.3.1 COD正交试验结果分析39-43
• 4.3.2 NH_3-N正交试验结果分析43-46
• 4.3.3 TN正交试验结果分析46-50
• 4.3.4 TP正交试验结果分析50-54
• 4.4 本章小结54-55
• 第五章 复合垂直流人工湿地脱氮除磷净化效果水力试验研究55-67
• 5.1 水力负荷对污水净化效果的影响55-65
• 5.1.1 水力负荷对CODcr净化效果的影响55-58
• 5.1.2 水力负荷对NH_3-N净化效果的影响58-60
• 5.1.3 水力负荷对TN净化效果的影响60-62
• 5.1.4 水力负荷对TP净化效果的影响62-64
• 5.1.5 冬夏季对污染物的净化效果研究64-65
• 5.2 本章小结65-67
• 第六章 复合垂直流人工湿地污染物去除动力学研究67-76
• 6.1 复合垂直流人工湿地动力学模型分析67-75
• 6.1.1 CODcr的去除动力学模型67-69
• 6.1.2 NH_3-N的去除动力学模型69-71
• 6.1.3 TN的去除动力学模型71-73
• 6.1.4 TP的去除动力学模型73-75
• 6.2 本章小结75-76
• 第七章 总结76-78
• 7.1 主要工作回顾及结论76
• 7.2 本课题的主要创新点76
• 7.3 本课题今后需进一步研究的地方76-78
• 参考文献78-84
• 个人简历 在读期间发表的学术论文84-85
• 致谢85

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