序批式人工湿地污水处理氧化亚氮减排试验研究

【摘要】：全球变暖是21世纪全人类面临的重大挑战，从长期来看，各国若不采用有力的减排措施，人类和自然系统均无法适应未来气候变化的幅度，将付出高昂的社会、环境和经济成本。传统水处理工艺每吨污水耗电量达0.75kWh，属高耗能领域。截止至2011年，我国污水集中处理能力达到1.36×108t/d，处理过程中的能耗折合CO2排放当量达到9.18×104t/d，大管网集中处理的城市污水治理模式耗费了大量能源，同时产生大量温室气体。分散式污水处理技术具有小型化、就地化的特点，能从源头控制污染、减少能耗。人工湿地作为重要的分散式处理手段，广泛应用于各类污水处理系统和地表水环境修复。但是，人工湿地污水处理过程中同样伴有CH4、N2O等温室气体的排放，目前对其相关研究尚不深入。 本研究开发了一种适用于山地城市的序批式人工湿地污水处理系统，通过在进水阶段跌水曝气和在排空阶段自然富氧，强化系统的硝化过程而抑制反硝化过程；全过程为重力流无须额外能耗，有效地减少了温室气体的排放量。通过研究水力停留时间、进水浓度、温度对处理效能和排放通量的影响，监测了序批式人工湿地N2O排放特征，进行了人工湿地中的氮质量平衡分析，提出了序批式人工湿地减排优化措施，主要研究内容与结果如下： 1）负荷对处理效能及N2O排放通量影响研究。去除率在一定范围随水力停留时间的延长而增加，最佳水力停留时间为4h，进一步延长水力停留时间并不能显著降低污染物浓度。当进水污染物为中浓度时，BOD5去除率为63.16%， NH3-N去除率为57.14%，四级人工湿地出水BOD5接近《城市污水再生利用城市杂用水水质标准》（GB/T18920-2002）对回用于城市绿化的要求，氨氮符合回用于建筑施工和城市绿化的水质要求。进水污染物为低浓度时，BOD5去除率为52.38%，NH3-N去除率为44.44%，四级人工湿地出水满足冲厕、道路清洗、城市绿化、车辆冲洗及建筑施工的回用要求。单级水力停留时间为1h、2h、4h和6h时，排放通量平均值分别为65.16μg m-2h-1、179.94μg m-2h-1、172.33μg m-2h-1和320.46μgm-2h-1。溶解氧浓度与N2O排放通量呈负相关。而不同浓度下排放通量差异不显著。 2）温度对处理效能及N2O排放影响研究。当温度为25~35℃时，BOD5、NH3-N去除率分别为66.67%和62.26%，四级出水满足回用于城市绿化和建筑施工的要求。夏秋季节N2O排放通量日变化较为明显，而冬季日变化不显著。夏季、秋季、冬季排放通量最大值分别出现在12:00、16:00和16:00；排放通量最低值均出现在凌晨左右。N2O排放季节差异显著，9月N2O排放通量最高，1月排放通量的平均值最低。 3）序批式人工湿地污水处理氮质量平衡研究。序批式人工湿地在不同季节的N2O排放通量可通过式JN2O=K·TNinput快速估算，排放系数K夏季取3.03×10-4，春季和秋季取5.67×10-5，冬季取2.73×10-5。通过估算重庆市某小区的生活污水分别利用污水处理厂和人工湿地处理的温室气体排放量，并比较不同污水处理工艺的N2O产量，证明人工湿地相对其他污水处理工艺具有较好的温室气体减排潜力。 序批式人工湿地污水处理氧化亚氮减排试验的研究成果，将为控制人工湿地污水处理系统的温室气体减排提供理论依据。为进一步微观机理方面深化分析系统中温室气体产生的本质奠定基础，具有重要的现实意义。 【关键词】：序批式 人工湿地 温室气体 氧化亚氮 污水处理
【学位授予单位】：重庆大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：X703
【目录】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-10
• 1 绪论10-26
• 1.1 湿地内碳循环11-14
• 1.1.1 湿地中的碳汇11-13
• 1.1.2 湿地中的碳源13-14
• 1.2 湿地内氮循环14-18
• 1.2.1 硝化作用15-16
• 1.2.2 反硝化作用16-17
• 1.2.3 矿化作用17-18
• 1.3 湿地 GHG 排放研究进展18-23
• 1.3.1 湿地 CO_2排放及影响因素18-19
• 1.3.2 湿地 CH_4排放及影响因素19-20
• 1.3.3 湿地 N_2O 排放及影响因素20-23
• 1.4 课题来源、研究目的、研究内容及技术路线23-26
• 1.4.1 课题来源23
• 1.4.2 研究目的23-24
• 1.4.3 ㈢研究内容24
• 1.4.4 技术路线24-26
• 2 试验材料与测试方法26-30
• 2.1 试验装置26-27
• 2.1.1 序批式人工湿地系统26-27
• 2.1.2 温室气体收集装置27
• 2.2 试验水质27-28
• 2.3 测试项目及方法28
• 2.4 测试仪器28-30
• 3 负荷对处理效能及 N_2O 排放通量影响研究30-54
• 3.1 水力停留时间对序批式人工湿地处理效能影响研究30-35
• 3.1.1 试验方法30
• 3.1.2 试验结果30-34
• 3.1.3 结果分析34-35
• 3.2 浓度对序批式人工湿地处理效能影响研究35-41
• 3.2.1 试验方法35
• 3.2.2 试验结果35-39
• 3.2.3 结果分析39-41
• 3.4 水力停留时间对序批式人工湿地 N_2O 排放通量影响研究41-49
• 3.4.1 试验方法41
• 3.4.2 试验结果41-46
• 3.4.3 结果分析46-49
• 3.5 浓度对序批式人工湿地 N_2O 排放通量影响研究49-51
• 3.5.1 试验方法49
• 3.5.2 试验结果49-51
• 3.5.3 结果分析51
• 3.6 本章小结51-54
• 4 温度对序批式人工湿地处理效能及 N_2O 排放影响研究54-64
• 4.1 温度对序批式人工湿地处理效能影响研究54-59
• 4.1.1 试验方法54
• 4.1.2 试验结果54-58
• 4.1.3 结果分析58-59
• 4.2 序批式人工湿地 N_2O 排放通量日变化59-61
• 4.2.1 试验方法59
• 4.2.2 试验结果59-60
• 4.2.3 结果分析60-61
• 4.3 序批式人工湿地 N_2O 排放通量季节变化61-62
• 4.3.1 试验方法61
• 4.3.2 试验结果61
• 4.3.3 结果分析61-62
• 4.4 本章小结62-64
• 5 序批式人工湿地处理污水氮平衡及 N_2O 减排与优化64-72
• 5.1 序批式人工湿地处理污水氮质量平衡64-67
• 5.1.1 氮质量平衡模型建立64-65
• 5.1.2 序批式人工湿地氮质量平衡研究试验65-67
• 5.2 序批式人工湿地减排估算研究67-69
• 5.2.1 工程概况67
• 5.2.2 人工湿地温室气体排放量估算67-68
• 5.2.3 污水厂温室气体排放估算68-69
• 5.3 不同污水处理工艺 N_2O 产量比较69-70
• 5.4 序批式人工湿地减排优化措施70-71
• 5.4.1 减少单级水力停留时间70
• 5.4.2 控制季节运行参数70-71
• 5.4.3 优化植物配置71
• 5.5 本章小结71-72
• 6 结论与建议72-74
• 6.1 结论72-73
• 6.2 建议73-74
• 致谢74-76
• 参考文献76-84
• 附录84-85
• A. 作者在攻读硕士学位期间发表的论文84
• B. 作者在攻读硕士学位期间申报与获批的专利84-85
• C. 作者在攻读硕士学位期间参加的相关科研项目85

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