垂直流人工湿地处理生活污水性能研究

【摘要】：本研究旨在探究垂直流人工湿地在处理生活污水中的应用,结合生活污水中的各项参数,模拟生活污水,作为人工湿地进水,研究人工湿地运行状况和处理效果。通过逐步改变人工湿地水位高度、碳氮比,分析水位高度、碳氮比对污染物去除效果的影响,以期为人工湿地在处理生活污水中的应用提供技术支持。本研究的主要结论如下：(1)4个人工湿地反应器的实测停留时间、出峰时间均比理论停留时间小,垂直流人工湿地中存在着“短流”。在每个垂直流反应器的上部均存在“死区”,水流运动速度缓慢；在反应器下部存在“短流”,水流运动速度较快。分析不同填料反应器的水力学状况之后发现,在大空隙率填料的湿地系统中更容易形成“短流”,水流在流经不同种类填料的填料层时也容易形成“短流”。(2)垂直流人工湿地的运行水位高度对各污染物去除效果有较大影响。在不同水位高度下,各垂直流人工湿地反应器的氨氮去除率都随运行水位高度的降低而升高,在低水位高度(2cm、19cm)运行时,氨氮去除率明显高于在高水位运行时的去除率。氨氮去除率最好的情况出现在2cm水位高度时。去除率最高可达88.79%。各垂直流人工湿地反应器的硝氮去除率基本上随运行水位高度的降低而降低,当运行水位在36cm以上时,各反应器出水硝氮的去除率均维持在较高水平,平均去除率都在80.18%以上,在满水位运行时,硝氮去除率达到最高。同时,反应器内存在厌氧氨氧化过程,造成硝氮浓度的波动。垂直流人工湿地中亚硝氮的积累较少,只有在低水位运行时亚硝氮积累较多,其余水位高度下人工湿地反应器出水亚硝氮浓度很低或检测不到。除CW4外其他3个垂直流人工湿地反应器总氮去除效果均较好,尤其是在中高等水位运行时,平均去除率均在58.22%以上。在水位高度为36cm时3个反应器中总氮去除率均达到最高水平,分别为77.58%、77.18%和76.08%。在水位高度为36cm时,总氮去除效果最佳。通过沿程实验可以看出,总氮的去除和氨氮、硝氮的去除类似,主要是发生在湿地水体上部,从水面到水面下第二个取样口之间的区域。在不同水位高度下,除CW4外,各垂直流人工湿地反应器总磷去除率均较高,均在70.33%以上,运行水位高度的不同与总磷的去除效果的好坏并不相关。通过沿程实验可以看出,总磷的去除主要依靠填料的吸附,各反应器中总磷的去除过程基本上同取样口高度线性相关。在不同水位高度下,各反应器COD去除效果均较好,平均去除率均在51.62%以上。随着人工湿地反应器运行水位高度的降低,各反应器COD去除效果有所提高,4个反应器都是在低水位运行时达到最高的COD去除率,最高去除率可达86.02%。通过沿程实验可以看出,COD的去除也主要是发生在湿地水体上部,从水面到水面下第二个取样口之间的区域。(3)垂直流人工湿地在进水碳氮比由中等水平提高时,氨氮的去除率有-个明显的下降,氨氮的去除率从47.09%～51.62%下降到了28.66%～44.09%,硝氮的去除率有升高也有降低,但变化不明显,因此,总氮的去除率也有一个明显的下降,去除率从63.73%-69.80%下降到了56.30%-61.86%。在C/N较高时不利于总氮的去除。而提高C/N可以提高除CW1外其他3个反应器的COD去除率,提高C/N,可以提高垂直流人工湿地的COD去除率。(4)不同填料垂直流人工湿地之间,各污染物去除效果不同,实验结果显示炉渣填料比砾石填料人工湿地处理效果好,更适合作为人工湿地的填料,填料粒径更小更适合作为人工湿地的填料。(5)当气温在11℃左右时,人工湿地各项污染物指标的去除率均保持在较高水平。当气温下降到2℃左右时,各污染物的去除率明显下降,人工湿地对污染物的去除效果变差。 【关键词】：垂直流人工湿地 水力学 运行水位 填料
【学位授予单位】：中国海洋大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：X799.3
【目录】：

• 摘要5-7
• Abstract7-11
• 1 绪论11-22
• 1.1 研究背景与研究意义11
• 1.2 我国水资源现状11-12
• 1.3 人工湿地概述12-17
• 1.3.1 人工湿地的构造12-14
• 1.3.2 人工湿地的分类14-15
• 1.3.3 人工湿地去除污染物机理15-16
• 1.3.4 人工湿地的优缺点16
• 1.3.5 人工湿地在国内外的发展与应用16-17
• 1.4 人工湿地研究现状17-21
• 1.4.1 人工湿地处理生活污水研究进展17-18
• 1.4.2 水位高度对人工湿地处理效果的影响18-19
• 1.4.3 进水碳氮比对人工湿地处理效果的影响19
• 1.4.4 人工湿地的水力学特性研究19-20
• 1.4.5 人工湿地的硝化反硝化研究20-21
• 1.5 研究内容21-22
• 2. 实验材料与方法22-26
• 2.1 实验装置与材料22-24
• 2.2 运行方式24
• 2.3 实验方法24-26
• 2.3.1 常规指标检测24-25
• 2.3.2 示踪实验25
• 2.3.3 填料空隙率测定25-26
• 3. 垂直流人工湿地的水力学特性分析26-38
• 3.1 垂直流人工湿地停留时间分析27-29
• 3.2 垂直流人工湿地内部水流状态分析29-37
• 3.3 本章小结37-38
• 4. 垂直流人工湿地处理生活污水的效果与影响因素38-56
• 4.1 垂直流人工湿地运行情况38-42
• 4.2 不同运行水位对垂直流人工湿地处理效果的影响42-53
• 4.2.1 对氨氮处理效果的影响42-43
• 4.2.2 对硝氮处理效果的影响43-44
• 4.2.3 对总氮处理效果的影响44-45
• 4.2.4 对总磷处理效果的影响45-46
• 4.2.5 对COD处理效果的影响46-53
• 4.3 不同填料对垂直流人工湿地处理效果的影响53
• 4.4 不同进水碳氮比对垂直流人工湿地处理效果的影响53-54
• 4.5 低温条件对垂直流人工湿地处理效果的影响54
• 4.6 本章小结54-56
• 5. 结论与展望56-59
• 5.1 结论56-58
• 5.2 不足与展望58-59
• 参考文献59-66
• 致谢66-67
• 个人简历67
• 发表的学术论文67

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