冬季浮床人工湿地对污水处理厂二级出水净化研究

【摘要】：当前,人工湿地已被广泛用于污染处理厂出水的深度处理。然而,由于水生植物及微生物的活性与温度有显著关系,在高纬度地区或者冬季平均气温低于10℃的低中纬度地区去除污水中过量的营养物质仍然是一个挑战。人工湿地水生植物种类的选择被视为影响冬季湿地净化功能的因素之一,对于植物种类的选择已有大量研究。然而,很少有研究关注冷季型水生植物在冬季去除污水中营养物质中的重要性及其作用途径。不同季节污水处理厂的二级污水排放量一般相对恒定,为实现湿地出水水质的稳定达标,湿地也需要相对恒定的净化能力,那么提高湿地在冬季的污水处理效率具有特殊意义。本研究以水芹为浮床植物,通过建立三种类型的人工湿地系统：无浮床无植物系统(CK)、浮床无植物系统(FW)和浮床植物系统(FW-M),探究冬季水芹在污水处理厂二级出水处理下的生长动态和生理特征变化,冬季人工浮床湿地系统对污水处理厂二级出水污染物的去除及氮去除途径。通过对不同处理间和季节间净化能力差异进行单因素方差分析和双因素方差分析,得出以下主要结论：(1)实验期间,大气温度在-6.2℃和19.1℃之间波动,平均温度为6.2℃,而水温(距水面50厘米深度)在3.3℃和14.5℃间波动,平均温度为6.8℃。在第一个到第八个周期内的平均气温分别为11.9℃,9.45℃,11.1℃,3.25℃,2.30℃,3.85℃,3.60℃和4.70℃。基于气温标准,总体实验期可分为两个子阶段：前三个周期(秋季)和后五个周期(冬季)。(2)不同系统间电导率和TDS差异显著。在CK,FW和FW-M人工湿地平均PH分别为8.0,8.1和8.4,该值显示处理之间没有显著差异(p=0.236)。与CK(1.22毫秒/厘米,p=0.003)和FW(1.25毫秒/厘米,p=0.014)系统相比,FW-M处理有显著较低的电导率值(0.79毫秒/厘米)。FW和FW-M系统的TDS值分别为0.78,0.79和0.51g/L,它们之间具有显著的差别(p=0.006)。(3)冬季水芹在浮床人工湿地保持了相对较高的活性。在FW-M系统中,水芹的根长在前两个实验周期里迅速加长,由10月31日的7.8厘米长至11月20日的18.09厘米,在之后的六个实验周期里生长速度放缓。相似的是,地上部分的长度同样在前两个实验周期里迅速增长,从20.02厘米增长到25.15厘米,之后随着老叶的枯萎而有所降低。在整个实验期间,叶片的叶绿素含量逐渐降低,而根系活力在12月30日之前逐渐下降,随后略有增加。根系孔隙度和泌氧在深秋实验批次有所增加,进入冬季后开始下降。因此,在平均气温3.63℃的冬季,尽管冷季型植物水芹的叶片已经枯萎,但植物根依然能维持较高的活性。(4)生态浮床人工湿地可以有效地从尾水中去除氮和磷,但是COD的去除率较低。在实验期间,CK,FW,FW-M三个系统COD的平均去除率为8.13%,14.59%和18.53%,三组处理间COD的去除率无显著差异(p=0.437)。FW-M系统对TN, NO3--N, NH4+-N, TDN和TP的平均去除率为26.48%,36.18%,39.30%,26.23%和24.64%；FW系统对TN,N03--N,NH4+-N,TDN和TP的平均去除率为3.76%,14.77%,5.74%,5.55%和4.77%；CK系统对TN,N03--N,NH4+-N,TDN和TP的平均去除率为4.38%,2.91%,7.76%,3.96%和2.73%。FW-M在对TN,N03--N,NH4+-N,TDN和TP的平均去除率显著高于CK和FW,p值在0.002到0.016之间。(5)植物吸收氮的速率下降是导致冬季相比于秋季氮去除率下降的最主要的原因。FW-M系统中,植物吸收途径对氮的去除率急剧下降,从秋季的67.13 mgN·m-2·d-1下降到冬季的20.09 mg N·m-2·d-1,下降了70.07%。通过植物吸收途径去除氮占氮总去除量的比例从秋季的33.39%,下降至冬季的15.01%。微生物途径在秋季和冬季对氮的去除率分别为127.66 mg N·m-2·d-1和96.34 mgN·m-2·d-1,相比下降了24.53%。微生物途径去除在氮总去除率中所占的比例从秋季批次的63.50%增长到冬季批次的71.57%。 【关键词】：浮床人工湿地 水芹 冬季 氮去除途径
【学位授予单位】：南京大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：X703
【目录】：

• 摘要5-7
• Abstract7-12
• 符号说明12-13
• 第一章 绪论13-23
• 1.1 中国水资源污染和处理现状13-16
• 1.1.1 中国水资源概况13
• 1.1.2 水污染现状13-14
• 1.1.3 城市污水处理概况14-16
• 1.2 人工湿地在污水处理厂出水净化中应用16-20
• 1.2.1 污水处理厂出水回用技术16-18
• 1.2.2 人工湿地技术在净化污水处理厂出水中的应用18-20
• 1.3 生态浮床的研究动态20-23
• 1.3.1 国外研究现状21
• 1.3.2 国内研究现状21-23
• 第二章 研究内容与意义23-27
• 2.1 研究意义23-24
• 2.2 研究内容24-25
• 2.3 技术路线25
• 2.4 本文的特色与创新点25-27
• 第三章 实验材料与研究方法27-36
• 3.1 实验材料27-28
• 3.1.1 实验材料的选择27-28
• 3.1.2 受试植物28
• 3.2 实验设计28-31
• 3.3 测量指标与仪器31-35
• 3.3.1 植物指标测定31-33
• 3.3.2 水质指标测定33-34
• 3.3.3 环境指标的测定34
• 3.3.4 实验仪器与药品34-35
• 3.4 统计分析35-36
• 第四章 冬季水芹在污水处理厂二级出水处理下的生长动态和生理特征变化36-44
• 4.1 冬季水芹在污水处理厂二级出水处理下的生长动态变化37-38
• 4.2 冬季水芹在污水处理厂二级出水处理下的生理特征变化38-40
• 4.2.1 叶片叶绿素含量39
• 4.2.2 根系活力39
• 4.2.3 根系孔隙度和根系泌氧量(率)39-40
• 4.4 讨论40-44
• 第五章 冬季人工浮床湿地系统对污水处理厂二级出水水质的净化效果44-51
• 5.1 冬季人工浮床湿地现场测量参数45-46
• 5.1.1 实验周期内大气和水体温度参数45-46
• 5.1.2 水质现场测量参数46
• 5.2 水体污染物去除率46-48
• 5.3 污水处理厂二级出水水体中氮去除途径48-49
• 5.4 讨论49-51
• 第六章 总结与展望51-54
• 6.1 主要结论51-52
• 6.2 研究展望52-54
• 参考文献54-66
• 附录66-67
• 致谢67-68

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