第 1 章 緒論

我國水資源再生利用和重復利用程度較低，這使得我國工業(yè)用水效率極低。根據(jù) 2004 年的統(tǒng)計數(shù)字，我國萬元（人民幣）GDP 用水量為 399m3，約為世界平均水平的 4 倍，是美國等發(fā)達國家平均水平 8 倍；中國萬元工業(yè)增加值用水量為 196m3，約為發(fā)達國家平均水平的 4 倍；我國工業(yè)用水循環(huán)利用率低，，僅有60%~65%可被循環(huán)利用，而一些發(fā)達國家的工業(yè)水的循環(huán)利用率能達到 80%以上[4]。我國的水資源問題，一方面在于缺水嚴重、用水方式“粗放”且水資源利用效率很低；另一方面則是用水浪費驚人。在日常生活中，水資源常常在不經(jīng)意間被浪費掉。洗滌廢水、綠化用水等日常活動中，因沒有廢水回收處理措施而使大量水資源被一次性使用后流失，造成嚴重浪費。據(jù)不完全統(tǒng)計，中國城鎮(zhèn)地區(qū)自來水因管道嚴重老化而漏失嚴重，漏失部分約占輸送水量的 20%，這個比例是國外發(fā)達地區(qū)的 2 倍多。從飲用水健康的角度考慮，現(xiàn)在越來越多的國人質(zhì)疑自來水的安全問題而較少飲用，喜歡飲用純凈水和桶裝水，但實際上很少有人知道，一些純凈水企業(yè)受利益驅(qū)使往往對技術(shù)和設備投入較少，導致凈水效率很低，生產(chǎn) 1 t 純凈水需要付出 3~ 4t 原水作為代價，因此造成極大的浪費[4]。

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第 2 章 生物基質(zhì)層有機質(zhì)含量對系統(tǒng) N2O 產(chǎn)生的影響

2.1 材料與方法

地下滲濾系統(tǒng)模擬裝置由裝置主體、散水系統(tǒng)和集水系統(tǒng)三部分組成。裝置主體為內(nèi)徑 9cm，高 130cm 的有機玻璃管，由上、中、下三部分組成，以法蘭連接（如圖 2.1，2.2）；基質(zhì)從下往上依次為鵝卵石（平均粒徑 10mm）、細砂、混合基質(zhì)層、生物基質(zhì)層和農(nóng)田土層。鵝卵石和細砂的厚度 5cm；混合基質(zhì)由細砂、爐渣和農(nóng)田土按體積比 1:2:7 的比例均勻混合而成，鋪設厚度 65cm；生物基質(zhì)由風干活性污泥（取自污水處理廠）、爐渣和農(nóng)田土按體積比 1:2:7 的比例混合而成，鋪設厚度 15cm；農(nóng)田土層鋪設厚度 30cm。布水管位于表層土下 45cm 處，集水系統(tǒng)位于系統(tǒng)最底端，將系統(tǒng)出水匯集于一處，便于水樣的采集。

2.2 結(jié)果與討論

隨著有機質(zhì)含量由 2.0%升高到 9.5%，NH4+-N 和 TN 的去除率分別由（92.7±0.3）%、（80.8±0.4）%降低到（73.2±2.3）%、（56.8±0.8）%。污水地下滲濾系統(tǒng)對氮素的去除主要通過脫氮微生物的硝化-反硝化過程實現(xiàn)的，硝化過程是在硝化細菌的作用下 NH4+-N 轉(zhuǎn)化為 NO3--N 的過程，主要發(fā)生在滲濾基質(zhì)好氧區(qū)；反硝化過程是在反硝化細菌的作用下 NO3--N 被還原為 N2的過程，主要發(fā)生在滲濾區(qū)下層的厭氧區(qū)，只有硝化反應與反硝化反應均完全進行時，系統(tǒng)才能具有較好的脫氮效果[59]。由于有機質(zhì)的降解與硝化反應的進行均需好氧條件，故當基質(zhì)內(nèi)有機質(zhì)含量升高時，有機質(zhì)的降解需要消耗部分溶解氧，致使基質(zhì)內(nèi)氧化還原電位降低，硝化過程受到抑制，NH4+-N 的去除率降低；隨著土壤有機質(zhì)含量的升高，有機物不能在基質(zhì)表層好氧區(qū)被完全降解，隨水流進入?yún)捬鯀^(qū)，為反硝化反應提供充足的碳源，且氧化還原水平逐漸降低，利于反硝化反應的進行，出水中 NO3--N 的濃度減少進一步說明反硝化反應進行地較完全，但反硝化反應需要以硝化反應的產(chǎn)物（NO3--N）作為反應物，當硝化反應受到抑制時，硝化反應與反硝化反應不能充分發(fā)揮其聯(lián)合作用，系統(tǒng)脫氮效率降低。在生物基質(zhì)層中添加牛糞后，隨著有機質(zhì)含量的增加，污水中各污染物的去除效果均有所下降，在研究基質(zhì)改良時，不建議將外加碳源添加到生物基質(zhì)層中。

第 3 章操作條件對系統(tǒng) N2O 產(chǎn)生的影響-模擬實驗...... 35

3.1 材料與方法 ......... 35 
3.2 結(jié)果與討論 .......... 37 
3.3 本章小結(jié) .............. 58
第 4 章操作條件對系統(tǒng) N2O 產(chǎn)生的影響-原位實驗........ 59
4.1 工程概述 ......... 59
4.2 工藝特征與脫氮設計 ......... 59 
4.3 靜態(tài)箱法實驗過程 ............... 61
第 5 章結(jié)論與建議.................75
5.1 結(jié)論 .................... 75
5.2 建議 .................. 76

第 4 章 操作條件對系統(tǒng) N2O 產(chǎn)生的影響-原位實驗

4.1 工程概述

本研究依托沈陽某大學校園生活污水地下滲濾處理示范工程，該示范工程采用生物接觸氧化-地下滲濾系統(tǒng)組合工藝對校園生活污水進行生態(tài)化處理，其中，地下滲濾系統(tǒng)作為示范工程的核心工藝占地 3000 m2（100m×30m），平均日處理污水量為 300m3，設計最大處理量為 360m3•d-1，出水各項指標均達到或優(yōu)于《城市污水再生利用—景觀環(huán)境用水水質(zhì)》標準（GB/T 18921—2002）[72]。正常運行條件下，生活污水原水、地下滲濾進水及出水水質(zhì)如表 4.1 所示。

4.2 工藝特征與脫氮設計

生活污水通過下水道收集匯到進水井（當污水量超過示范工程的處理能力時，超出部分直接流入市政管網(wǎng)），經(jīng)格柵除去較大的懸浮物后儲存于調(diào)節(jié)池，經(jīng)提升泵注入接觸氧化池，部分有機物、含氮化合物等污染物被降解與轉(zhuǎn)化，污染物的可生化性得到提高，在沉淀池進行泥水分離，污泥注入污泥池濃縮，部分污泥回流到接觸氧化池，剩余污泥經(jīng)壓縮后外運，沉淀池的上清液流進配水井，經(jīng)一級、二級配水槽將污水均勻地分配到地下滲濾區(qū)，處理后的水匯集到集水井，用于校園綠化區(qū)的澆灌并補充景觀湖的水位。

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第 5 章 結(jié)論與建議

5.1 結(jié)論

本研究圍繞污水地下滲濾系統(tǒng) N2O 釋放特征的影響因素，通過模擬實驗與場地實驗相結(jié)合的方式，研究了生物基質(zhì)層有機質(zhì)含量、進水負荷、運行方式等因素對 N2O 釋放特征的影響，為進一步優(yōu)化地下滲濾系統(tǒng)的基質(zhì)床結(jié)構(gòu)設計，合理調(diào)控地下滲濾系統(tǒng)的運行參數(shù)提供數(shù)據(jù)參考。具體結(jié)論如下：（1）通過向基質(zhì)中添加牛糞的方法，提高基質(zhì)好氧區(qū)有機質(zhì)的含量，隨著有機質(zhì)含量的升高，系統(tǒng)對污染物的去除率降低，當有機質(zhì)含量由 2.0%升高到 9.5%時，COD、NH4+-N、TN 的去除率分別降低了 10.9%、19.5%、24%。N2O 產(chǎn)率也隨有機質(zhì)含量的升高而降低，當有機質(zhì)含量由 2.0%升高到 9.5%時，N2O 產(chǎn)率降低了 2.77mg N2O.m-2.d-1。

5.2 建議

本研究主要分析了基質(zhì)結(jié)構(gòu)與操作條件對污水地下滲濾系統(tǒng) N2O 產(chǎn)生與釋放的影響，但其影響因素眾多，建議在后續(xù)工作中開展如下研究：（1）溫度變化對系統(tǒng) N2O 釋放的影響。環(huán)境溫度變化會引起地下滲濾系統(tǒng)微生物活性，從而影響 N2O 的產(chǎn)生，此外高緯度地區(qū)得凍融交替氣候條件也會影響N2O 的釋放。（2）滲濾區(qū)表層植物對系統(tǒng) N2O 釋放的影響。部分植物能夠吸收 N2O，且不同植物地下-地上部分的吸收能力不同。研究不同植物對 N2O 的吸收作用和代謝產(chǎn)物，可為進一步剖析氮的遷移轉(zhuǎn)化規(guī)律并為 N2O 的產(chǎn)釋機理提供理論依據(jù)。

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參考文獻（略）

本文編號：70107