【摘要】： 針對垂直流-水平流(vertical flow-horizontal flow,簡稱VF-HF)組合人工濕地系統(tǒng)普遍存在脫氮能力季節(jié)性差異和HF段反硝化碳源不足等問題,本研究通過在VF段填充一定量沸石基質,構建離子交換-生物再生強化組合人工濕地系統(tǒng)(enhanced vertical flow-horizontal flow hybrid constructed wetland,簡稱VF2-HF2),暖季和寒季,實現(xiàn)微生物與沸石基質協(xié)同脫氮,并以曲陽污水處理廠初沉池出水為試驗用水,與VF段填充礫石構建的組合人工濕地系統(tǒng)(verticalflow-horizontal flow hybrid constructed wetland,簡稱VF1-HF1)進行了COD、NH_4~+-N、TN和TP處理效果比較研究。同時,開展了沸石生物再生動力學和水生植物枯葉強化HF段反硝化的動力學小試試驗研究。 當水力停留時間為4.4～17.6d,進水COD 120～300 mg·L~(-1)、氨氮12～33 mg·L~(-1)、總氮24～42 mg·L~(-1)和總磷2.8～9.4 mg·L~(-1)時,VF1-HF1組合濕地系統(tǒng)全年的去除率分別為64%～94%、4%～72%、3%～71%和15%～98%,而VF2-HF2組合濕地系統(tǒng)全年的去除率分別為82%～99%、52%～98%、34%～91%和20%～98%。當HRT≥4.4d,VF2-HF2組合濕地系統(tǒng)出水COD、氨氮、總氮和總磷全年可穩(wěn)定達到《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標準》(GB18918-2002)規(guī)定的一級B標準。如以出水水質達到GB18918-2002規(guī)定的一級B為主要目標,綜合考慮處理水量和沸石生物再生要求,推薦VF1-HF1組合濕地系統(tǒng)采用HRT=17.6d,VF2-HF2組合濕地系統(tǒng)采用HRT=8.8d運行較為合適。 基質類型對COD去除效果無顯著影響,有機物的降解主要是通過厭氧菌和好氧菌的生物作用實現(xiàn)的,基質主要作為微生物附著的載體;菖蒲和水蔥組成的多植物系統(tǒng)具有較發(fā)達的根系,能為微生物的附著生長提供更多的表面積,同時對有機物也具有較高的吸收能力,因此對COD的去除能力要優(yōu)于單一的蘆葦植物系統(tǒng)。對全年脫氮途徑的分析和計算結果表明,生物脫氮占69%,是VF2-HF2人工濕地主要的脫氮形式,沸石吸附僅占16%,證明暖季沸石的吸附能力可以實現(xiàn)生物再生;對全年磷去除途徑計算和分析可知,VF2-HF2組合人工濕地系統(tǒng)除磷作用主要發(fā)生在VF段,基質的吸附和沉淀作用是除磷的主要途徑,占除磷總量的84%,植物收割僅占4%,證實植物收割除磷對高負荷污水處理的作用是有限的。 沸石生物再生小試試驗結果表明,沸石對氨氮的吸附和離子交換作用主要在2d內完成,沸石對NH_4~+的飽和吸附量為3.32mgN·g~(-1);陽離子濃度、曝氣、硝化細菌和異養(yǎng)菌對飽和沸石再生效率的影響均可用一級動力學方程(y=1-e~(-kt))模擬,曝氣吹脫作用可使再生效率在再生液陽離子自然再生基礎上提高1.5%,異養(yǎng)菌的存在可使再生效率提高7.7%,硝化細菌的存在可使再生效率提高48.9%。異養(yǎng)菌與硝化細菌共存時,再生時間超過80d時,硝化細菌和異養(yǎng)菌的生長存在底物抑制。通過對沸石再生前后沸石中的主要陽離子濃度(K~+、Na~+、Ca~(2+)和Mg~(2+))測定可知,K~+和Na~+在沸石氨氮再生過程中起主要作用,這與四種離子與氨氮的分離因數(shù)測定結果相一致。 植物枯葉釋放有機碳源強化HF段反硝化是可行的。香蒲枯葉在投加后7～11d內反硝化速率最快,植物生長可將反硝化動力學常數(shù)k提高0.72倍,香蒲枯葉的投加可將反硝化動力學常數(shù)k提高3.56倍,香蒲枯葉經(jīng)預處理后可將反硝化動力學常數(shù)k提高10.35倍;香蒲枯葉經(jīng)堿洗預處理后,氨氮的釋放速率和釋放量隨之增加,易降解含氮有機物在植物枯葉投加后10 d內分解較快,難降解有機氮化合物在在植物枯葉投加后17 d,可在酶催化劑作用下水解。PCR-DGGE分析結果表明,香蒲枯葉的投加和植物的生長都使反應器中的Shannon-Wiener指數(shù)發(fā)生一定變化。對DGGE結果進行測序分析和比對結果表明,反應器內主要存在的反硝化菌為Leptolyngbya屬和Escherichia屬,其相似性都達到了99%。
【圖文】：

(SurfaeeFlowWetland，，簡稱sF)、潛流人工濕地 (Horizontalsubsu血 eeFlowWetiand，簡稱H功、垂直流人工濕地恤 rticalRowWeiland，簡稱VF)，三類濕地構造如圖1.1所示。表面流人工濕地水平流人工濕地地地群鑒拳拳(慈魏舞癮夔夔窿器瓣舞匆自睡綴竇器 器麒癱黝撇翻姍撇 撇群黔顴繳 繳撇撇嗓巍參翻翻瞬瞬嘟 llll鬢鬢攀簿奉耀鬢爹籍豁藕麟熬痢 痢二纂蔽而窮黝叨陰觸比側助麟麟餐戮汾滋翻 翻黝黝簇鬃鬢纂纂瀚 瀚 瀚瀚緒魏要賽徽翻湘娜哪 哪襲系路越麟妻妻 妻 妻鬢鬢撇 !!!\抓\垂直流人工濕地鑫鑫、、豪 !!!繳 繳 ;;;價 價 價價泌潞腳圳麟.日湘 湘彭彩名潭潭圖1.1人工濕地的類型及構造示意圖 Fig.1.1Schematiediagramofdi月籠rentt即eofconstructedwetland(1)表面流人工濕地表面流人工濕地類似于天然沼澤，水面暴露于大氣，污水在人工濕地基質表面漫流，水位較淺，一般在0.1一0.6m。絕大部分有機物的去除是由生長在植物水下部分的莖、桿上的生物膜來完成。所以這種系統(tǒng)難以充分利用生長在基質表面的生物膜和生長豐富的植物根系對污染物的降解作用，其處理能力較低。與潛流濕地工藝相比其優(yōu)點是投資少、操作費用較低;缺點是負荷小、占地面積較大，冬季北方地區(qū)表面會結冰，夏季易繁殖蚊蠅，散發(fā)臭味，而且在SF系統(tǒng)中，底層一般未經(jīng)密封，有可能造成地下水污染。SF對懸浮物、有機質的去除效果較好，但對氮磷的去除率偏低(10%一15%)l101。氮在s

流一水平流 (VertiealFlowandHoriZontalRo硯簡稱VF一HF)組合人工濕地和水平流一垂直流 (HorizontalRowandVertiealFlow，簡稱HF一VF)組合人工濕地，具體構造如圖1.2所示。
【學位授予單位】：同濟大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2008
【分類號】：X703

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本文編號：2637952