【摘要】：農(nóng)戶污水的隨意排放是造成水體污染的重要原因。尋求高效、廉價、易于操作的農(nóng)戶污水土地處理工藝,對于控制農(nóng)村地區(qū)水體污染、改善農(nóng)村生態(tài)環(huán)境具有重要理論意義和實用價值。 本文是作者近幾年實驗室工作和工程實踐的總結(jié)。本文的研究圍繞著農(nóng)戶污水以及處理農(nóng)戶污水的土地處理系統(tǒng)展開。在文獻整理與閱讀過程中,本文運用文獻計量學(xué)的新理論,發(fā)現(xiàn)國際學(xué)術(shù)界污水處理領(lǐng)域的研究趨勢。在實驗室工作中,本文利用非線性擬合方法研究土壤對磷的吸附；從污水受納水體底泥中,分離出污水生物強化處理高效菌；建立模擬反應(yīng)器研究預(yù)處理方法對反應(yīng)器啟動時間及填料對反應(yīng)器處理污水效果的影響。在滇池工程實踐中,運用改良型三格化糞池、復(fù)合基質(zhì)濾床和人工濕地系統(tǒng)的組合工藝,在滇池北岸進行農(nóng)戶污水零散土地處理工程示范,取得較好效果。在愛爾蘭綜合型人工濕地(ICW)系統(tǒng)處理高污染負(fù)荷農(nóng)戶污水工程實踐中,利用自組織映射(SOM)模型揭示該系統(tǒng)出水水質(zhì)參數(shù)之間的關(guān)系,實現(xiàn)對土地處理系統(tǒng)出水水質(zhì)的實時監(jiān)控。 本文研究的總體思路是：通過文獻計量分析當(dāng)前研究熱點和趨勢,在實驗室研究農(nóng)戶污水土地處理系統(tǒng)的共性機理和技術(shù)方法,通過示范工程建設(shè)進行工程實踐。 本文主要研究結(jié)論如下： (1)分別用線性和非線性擬合方法研究了紅土對污水中磷的吸附規(guī)律,結(jié)果表明,利用線性方法獲得的r2的大小來判斷最佳匹配等溫線的方法存在理論缺陷,非線性擬合方法是研究土壤對磷吸附特征的正確方法；通過非線性擬合方法得到的Redlich-Peterson等溫線曲線與等溫吸附實驗的實驗數(shù)據(jù)點最為匹配。 (2)對四種可用于土地處理系統(tǒng)的填料(沸石、高爐水渣、陶粒、核桃殼)進行模擬實驗,結(jié)果發(fā)現(xiàn)高爐水渣是適合于滇池北岸農(nóng)戶污水土地處理系統(tǒng)的填料；掛膜效果最好的填料為高爐水渣,最差的為核桃殼；高爐水渣對反應(yīng)器系統(tǒng)的pH值也具有一定的調(diào)節(jié)能力,能使系統(tǒng)更有效的去除污染物。 (3)研究了預(yù)處理方法對反應(yīng)器啟動的影響以及啟動后系統(tǒng)的性能,結(jié)果表明好氧預(yù)掛膜-厭氧污泥接種法預(yù)處理能加快反應(yīng)器的啟動速度,并能增強COD (chemical oxygen demand)的去除效果,經(jīng)過該預(yù)處理法處理的反應(yīng)器普遍比經(jīng)過厭氧污泥接種法預(yù)處理的反應(yīng)器的掛膜效果好；當(dāng)COD負(fù)荷在100～900mg/d之間時,以水渣作為填料的反應(yīng)器具有較強的耐負(fù)荷沖擊能力,兩個填充水渣的反應(yīng)器的COD去除率較為穩(wěn)定,均能維持在68～81%之間；在填充高爐水渣的反應(yīng)器中,污染物的去除均符合一級動力學(xué)方程,污染物去除速率的快慢順序為：總磷COD總氮。 (4)從污水受納水體底泥中分離出兩種COD降解高效菌(DWT-2和DWT-4) (DWT:domestic wastewater-treating bacteria)和兩種磷去除高效菌(DWT-6和DWT-7),根據(jù)形態(tài)學(xué)和生理生化鑒定結(jié)果為：DWT-2屬于產(chǎn)堿菌屬(Alcaligenes sp.), DWT-4和DWT-7被鑒定為假單胞菌屬(Pseudomonas sp.),而DWT-6則為克雷伯氏菌屬(Klebsiella sp.),由DWT-2和DWT-7(比例分別為2：1、1：1、1：2)所組成的3組復(fù)合菌種是對COD和磷去除效果最好的復(fù)合菌種。 (5)在滇池北岸成功進行了農(nóng)戶污水零散土地處理系統(tǒng)工程示范,結(jié)果表明IST+CMFB+CW(改良型三格化糞池+復(fù)合基質(zhì)濾床+人工濕地)系統(tǒng)處理農(nóng)戶污水后,出水中的COD、總磷、總氮濃度基本能達到《農(nóng)田灌溉水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》(GB5084—92)“水作”標(biāo)準(zhǔn)；季節(jié)變化總體上對總磷和總氮的去除率影響不大,系統(tǒng)較為穩(wěn)定；IST+CMFB系統(tǒng)對總磷和總氮的去除能力較強,耐污染負(fù)荷沖擊能力也較好；系統(tǒng)在消減污染的同時,還具有較好的景觀效果,無需占用額外的土地,無需外加動力,成本低廉,管理簡單方便,適合于在我國廣大農(nóng)村地區(qū)推廣應(yīng)用。 (6)在愛爾蘭Annestown流域研究了處理高濃度農(nóng)戶污水的綜合型人工濕地(ICW)系統(tǒng),結(jié)果表明該系統(tǒng)具有良好性能,對農(nóng)戶污水中溶解性磷(SRP)、NH4+-N、NO3--N、BOD(biochemical oxygen demand)、COD、SS(suspended solids)、E-coli的去除效果較好；ICW系統(tǒng)出水中SRP、NH4+-N、NO3--N、BOD、COD、SS、E-coli的平均濃度達到了愛爾蘭環(huán)保局規(guī)定的污水處理系統(tǒng)出水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)；ICW系統(tǒng)對NH4+-N和SRP的去除效果受季節(jié)變化的影響較小,系統(tǒng)較穩(wěn)定；ICW系統(tǒng)依自然地勢條件設(shè)計,與當(dāng)?shù)刈匀痪坝^協(xié)調(diào)一致,保證了系統(tǒng)中水體的自流,節(jié)省了建設(shè)費用和運行費用,且具有較高的生態(tài)適宜性；ICW系統(tǒng)對于高濃度農(nóng)戶養(yǎng)殖污水具有較好的處理效果,而且運行管理簡單,適宜于在農(nóng)村地區(qū)長效運行。 (7)運用自組織映射(SOM)模型分析了ICW工程的水質(zhì)參數(shù),結(jié)果表明SOM模型的可視化功能可直觀地揭示各水質(zhì)參數(shù)之間的關(guān)系；SOM模型預(yù)測準(zhǔn)確率較高,實現(xiàn)了ICW系統(tǒng)出水BOD濃度的實時監(jiān)控；ICW土地處理系統(tǒng)出水?dāng)?shù)據(jù)集中的空白數(shù)據(jù)和異常數(shù)據(jù)可以被SOM模型較好地預(yù)測和替換；SOM模型是適宜于野外工程數(shù)據(jù)分析的預(yù)測工具,在土地處理系統(tǒng)中具有較好的應(yīng)用前景。 (8)我們的研究表明,滇池北岸的農(nóng)戶污水零散土地處理系統(tǒng)和愛爾蘭Annestown流域的ICW系統(tǒng)均屬于適合處理農(nóng)戶污水的分散式土地處理系統(tǒng),兩類系統(tǒng)既有共性,又存在適用條件上的差別。兩個系統(tǒng)均能較好地控制農(nóng)戶污水對水體的污染；其設(shè)計都利用了工程建設(shè)地的地形地勢,無需外加動力,具有較好的景觀效果；兩個系統(tǒng)的操作和管理簡單,適合于農(nóng)村地區(qū)推廣應(yīng)用；滇池北岸的農(nóng)戶污水零散土地處理系統(tǒng)主要是處理農(nóng)戶的生活污水,利用農(nóng)戶房舍周圍的零散土地,占用土地面積小,而ICW系統(tǒng)主要用于處理高負(fù)荷的農(nóng)戶畜禽養(yǎng)殖污水,占地面積相對較大,這是制約該系統(tǒng)在中國農(nóng)村推廣應(yīng)用的最大因素。
【圖文】：

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【學(xué)位授予單位】：武漢大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2009
【分類號】：X703

【參考文獻】

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本文編號：2704852