垂直潛流人工濕地中污染物去除機(jī)理研究.pdf

1、人工濕地污水處理技術(shù)是一種簡(jiǎn)便有效的生態(tài)工程污水處理技術(shù)，該技術(shù)適合我國(guó)國(guó)情，尤其適合廣大農(nóng)村、中小城鎮(zhèn)的污水處理，具有廣闊的應(yīng)用前景。然而，人工濕地污水處理技術(shù)還存在的諸多問(wèn)題有待進(jìn)一步深入研究，如污染物去除機(jī)理的分析、去除效果的改善和運(yùn)行管理等。本論文針對(duì)垂直潛流人工濕地的自身特點(diǎn)，以生活污水為對(duì)象，研究污水中有機(jī)物、氮磷素的去除機(jī)制及其遷移轉(zhuǎn)化規(guī)律，并通過(guò)人工濕地基質(zhì)種類、粒徑的選擇和組配方式的不同來(lái)探索提高垂直潛流人工濕地對(duì)污染

2、物的去除效果。這對(duì)于提高垂直潛流人工濕地中污染物的去除效果、優(yōu)化垂直潛流人工濕地工程設(shè)計(jì)中的理論參數(shù)，進(jìn)而完善和推廣該類型濕地在污水處理中的應(yīng)用具有重要的理論和現(xiàn)實(shí)意義。 本論文研究的主要結(jié)論有： (1)在不同溫度條件下，評(píng)價(jià)和確定了不同基質(zhì)對(duì)氮磷素靜態(tài)吸附能力和實(shí)際除污性能，得出選擇含鐵豐富或者含鈣豐富的基質(zhì)可有效提高人工濕地對(duì)磷素污染物的凈化效果，選擇含鋁豐富的基質(zhì)可有效提高對(duì)氨氮污染物的吸附效果。在人工濕地運(yùn)行

3、初期，基質(zhì)對(duì)TP的去除率由基質(zhì)自身磷素最大吸附量和基質(zhì)間孔隙率共同主導(dǎo)影響；而在運(yùn)行一段時(shí)間后，各基質(zhì)對(duì)TP的去除率主要由各基質(zhì)自身的磷素最大理論吸附量主導(dǎo)。 (2)工業(yè)副產(chǎn)物煤灰渣、高爐渣和鋼渣因化學(xué)吸附作用而對(duì)污水中磷素有較好的去除效果；鋼渣處理污水后會(huì)生成羥基鈣磷灰石[Ca<,10>(OH)<,2>(PO<,4>)<,6>]、磷酸鋁[AlPO<,4>]和Fe<,2>PO<,5>；等新物質(zhì)并結(jié)合在鋼渣的表面，煤灰渣和高爐渣

4、亦新生成Ca<,3>(PO<,4>)<,2>等物質(zhì)。 (3)在單一粒徑的基質(zhì)填料柱中，生物膜的含量在水流方向隨著深度的增加而減少，但其活性卻隨著深度的增加而增加；選擇顆粒均勻、粒徑主要在5～10mm的基質(zhì)將有效的提高對(duì)污染物的去除效果。在多粒徑組配的基質(zhì)填料柱中，有小粒徑基質(zhì)的填料柱運(yùn)行一段時(shí)問(wèn)后都會(huì)出現(xiàn)雍水現(xiàn)象；在堵塞前，小-中-大(自上而下)粒徑基質(zhì)組配的填料柱對(duì)各種污染物都有較好的去除效果，待雍水發(fā)生后，該填料柱對(duì)各種污

5、染物，尤其是氨氮的去除有明顯的下降。 (4)在以砂子為基質(zhì)的垂直潛流人工濕地中，布水管至布水管下10cm基質(zhì)層內(nèi)既是污水大氣復(fù)氧最活躍，又是有機(jī)物去除效果最好的基質(zhì)層，在該層總有機(jī)物、顆粒性有機(jī)物和溶解性有機(jī)物的去除速率都處于最大。同時(shí)理論推導(dǎo)出大氣復(fù)氧是提高污水中氧量的重要途徑，同時(shí)首次提出了基質(zhì)間污水的大氣復(fù)氧概念模型，根據(jù)大氣復(fù)氧概念模型有效的解釋了垂向沿程有機(jī)物好氧分解所需氧量的來(lái)源。 (5)當(dāng)以粗砂作為垂直潛流人工濕

6、地基質(zhì)時(shí)，在進(jìn)水水力負(fù)荷小于等于0.5m<'3>/m<'2>·d條件下，其對(duì)有機(jī)物去除的有效高度為60cm。同時(shí)根據(jù)不同污染負(fù)荷條件下總有機(jī)物在不同高度基質(zhì)層的平均去除速度得出進(jìn)水濃度和進(jìn)水水力負(fù)荷的規(guī)律曲線。并量化得出進(jìn)入垂直潛流人工濕地的有機(jī)物絕大部分都被生物吸收利用而得以去除。 (6)首次提出了引起人工濕地基質(zhì)間堵塞的成因是不可濾物質(zhì)的積累，作為不可濾物質(zhì)組成部分的不可溶有機(jī)物也是基質(zhì)間空隙度減少的重要影響因素。首次提出

7、了基質(zhì)間不可濾物質(zhì)積累的微觀概念模型，并根據(jù)微觀概念模型提出基質(zhì)問(wèn)完全堵塞所需時(shí)間、基質(zhì)表面發(fā)生雍水所需時(shí)間及基質(zhì)滲透系數(shù)k隨時(shí)間變化的關(guān)系。 (7)垂直潛流人工濕地(砂子為基質(zhì))在落空運(yùn)行條件下，進(jìn)水和出水中氮素的主要形態(tài)分別是氨氮和硝酸鹽氮，沿程各高度的氮素總體以氨氮形態(tài)減少、硝酸鹽氮形態(tài)增加的態(tài)勢(shì)，初步確定垂直潛流人工濕地在落空運(yùn)行條件下硝化反應(yīng)是氨氮的主要去除方式，并推算出垂向沿程大氣復(fù)氧量的最高限值；同時(shí)初步得出污水