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垂直流人工湿地处理农村生活污水的试验研究

作　者: 李芳
导　师: 王全金
学　校: 华东交通大学
专　业: 环境工程
关键词: 复合垂直流人工湿地 农村生活污水 脱氮除磷
分类号: X703.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要


随着社会经济和城市化进程的发展,全国农村水资源污染已日趋严重,对于江西地区而言,在推进鄱阳湖生态经济区的建设过程中,如何妥善解决滨湖地区农村生活污水问题,保护鄱阳湖这一湖清水已成为亟待解决的问题。垂直流人工湿地在脱氮除磷及投资运行管理方面相对于传统的二级工艺在农村地区具有不可比拟的优势,但对利用该工艺去除农村生活污水中的各种污染物,尤其是氮磷净化效能的影响因子以及水力负荷的变化对氮磷去除效果影响的研究在江西地区并不多见,可供参考的动力学模型、关键的设计参数等也不多。本研究基于人工湿地的地域差异性特点,研究了江西地区应用复合垂直流人工湿地处理农村生活污水中CODcr、氮、磷的净化效果和规律。首先通过L9（34）正交试验分析确定了垂直流人工湿地对农村生活污水中CODcr、NH3-N、TN、TP去除效果的主要影响因素及其影响显著性;进而研究了主要影响因素中的水力负荷在多水平下对复合垂直流人工湿地净化效果的影响,探讨了垂直流人工湿地对主要污染物去除机理;并建立了CODcr、NH3-N、TN、TP去除反应动力学模型,确定了动力学方程参数。本研究得出以下的分析结论:（1）正交试验研究结果表明:两组复合垂直流人工湿地系统进水碳氮比、水力负荷、pH值及流程四个因素对农村生活污水中各污染物的去除效率有显著性影响。影响CODcr的作用大小依次为水力负荷>流程>pH>碳氮比;影响NH3-N的作用大小依次为流程>水力负荷>pH>碳氮比;影响TN的作用大小依次为水力负荷>碳氮比>流程>pH;影响1#湿地系统（香根草和荻湿地系统）TP的作用大小依次为水力负荷>流程>碳氮比>pH,影响2#湿地系统（灯心草和香根草湿地系统）TP的作用大小依次为流程>水力负荷>碳氮比>pH。由此可见,对各污染物的去除影响极为显著的是水力负荷,其次是碳氮比和流程,pH在四个因素中对污染物的去除影响较小。（2）水力负荷试验研究结果表明:水力负荷与复合垂直流人工湿地系统对污染物的净化效果有着紧密的联系,两组湿地系统对污染物的净化效果虽有所差异,但均随着水力负荷的增加净化效果降低,出水水质变差。1#湿地系统在67、100、100、200mm/d的水力负荷下分别对CODcr、NH3-N、TN、TP的去除效果较好,出水浓度分别为46.55、7.21、12.76、0.46mg/L,均能达到《城镇污水处理厂污染物排放标准（GB18918-2002）》一级A标准,对应的去除率分别为88.15%、71.38%、67.01%、89.07%;2#湿地系统在40、67、100、100mm/d的水力负荷下分别对CODcr、NH3-N、TN、TP的去除效果较好,出水浓度分别为47.75、7.14、13.09、0.31mg/L,均能达到一级A标准,对应的去除率分别为87.52%、70.09%、66.15%、92.33%。由此可见,在40mm/d的水力负荷下,各污染物的出水浓度均能达到一级A标准。（3）冬夏季的试验研究结果表明:复合垂直流人工湿地对污染物的去除夏季比冬季表现出较好的净化效果。CODcr出水水质低于一级A标准,冬季1#、2#湿地系统对应的水力负荷分别在51、40mm/d,夏季对应的水力负荷均为51mm/d;NH3-N出水水质低于一级A标准,冬季1#、2#湿地系统对应的水力负荷在100、51mm/d,夏季对应的水力负荷均为51mm/d;TN出水水质低于一级A标准,冬季1#、2#湿地系统水力负荷均在100mm/d,夏季1#、2#湿地系统水力负荷均在200mm/d;TP出水水质低于一级A标准,冬季1#、2#湿地系统对应的水力负荷在200、100mm/d;但在夏季1#、2#湿地系统水力负荷均在200mm/d。由此可见,夏季在51mm/d、冬季40mm/d的水力负荷下,各污染物出水水质达到一级A标准。（4）动力学模型的研究表明:在江西地区利用复合垂直流人工湿地处理农村生活污水中CODcr、NH3-N、TN、TP的去除规律符合一级动力学关系,所建立的一级动力学模型相关系数均在0.9以上。1#系统的CODcr、NH3-N、TN、TP的一级动力学模型分别为ln（Ce/Co）=-0.0127t-1.177、ln（Ce/Co）=-0.0124t–0.5133、ln（Ce/Co）=-0.0123t–0.5453、ln（Ce/Co）=-0.0260t–1.5101;2#系统的CODcr、NH3-N、TN、TP的一级动力学模型分别为ln（Ce/Co）=-0.0107t-1.1416、ln（Ce/Co）=-0.0107t–0.4525、ln（Ce/Co）=-0.0117t–0.5362、ln（Ce/Co）=-0.0259t–1.4269。以上的研究结果表明在江西地区采用复合垂直流人工湿地对农村生活污水中CODcr、NH3-N、TN、TP的处理能取得较好的去除效果,出水水质达到《城镇污水处理厂污染物排放标准（GB18918-2002）》一级A标准,研究所得出的影响因素的显著性大小、水力负荷对污染物处理效果的影响规律以及所建立的动力学方程可作为以后江西地区利用复合垂直流人工湿地处理农村生活污水的应用参考依据。

全文目录


摘要  4-6
ABSTRACT  6-10
第一章 绪论  10-14
  1.1 研究背景  10-12
    1.1.1 我国农村水资源污染及治理现状  10
    1.1.2 人工湿地污水处理的意义  10-12
  1.2 课题来源及研究意义  12
    1.2.1 课题来源  12
    1.2.2 课题研究意义  12
  1.3 研究的主要内容及技术路线  12-14
第二章 人工湿地污水处理系统概述  14-29
  2.1 人工湿地定义  14
  2.2 人工湿地的类型及特点  14-15
  2.3 人工湿地的构成及其作用机理  15-17
  2.4 复合垂直流人工湿地除污机理  17-19
    2.4.1 对有机物的去除  17
    2.4.2 对悬浮物的去除  17
    2.4.3 对氮的去除  17-18
    2.4.4 对磷的去除  18-19
  2.5 人工湿地处理农村生活污水历史沿革及现状  19-23
    2.5.1 人工湿地历史沿革  19-20
    2.5.2 国外处理农村生活污水的现状  20-21
    2.5.3 我国农村生活污水的处理技术的研究应用现状  21-23
  2.6 典型人工湿地污染物去除动力学模型  23-27
    2.6.1 衰减模型  23-24
    2.6.2 一级动力学模型  24-25
    2.6.3 Monod模型  25-26
    2.6.4 生态动力学模型  26-27
  2.7 人工湿地技术研究展望  27-29
    2.7.1 人工湿地污水处理技术研究中存在的问题  27
    2.7.2 人工湿地的研究与应用前景展望  27-29
第三章 复合垂直流人工湿地试验系统及试验介绍  29-35
  3.1 复合垂直流人工湿地试验系统介绍  29-33
  3.2 检测方法  33-35
第四章 复合垂直流人工湿地脱氮除磷正交试验研究  35-55
  4.1 正交试验概述  35-37
    4.1.1 正交试验的指标、因素、水平、正交表  35-36
    4.1.2 正交试验结果分析方法  36-37
  4.2 正交试验设计  37-39
    4.2.1 试验因素的选定  37-38
    4.2.2 因素水平的确定  38-39
  4.3 试验结果分析  39-54
    4.3.1 COD正交试验结果分析  39-43
    4.3.2 NH_3-N正交试验结果分析  43-46
    4.3.3 TN正交试验结果分析  46-50
    4.3.4 TP正交试验结果分析  50-54
  4.4 本章小结  54-55
第五章 复合垂直流人工湿地脱氮除磷净化效果水力试验研究  55-67
  5.1 水力负荷对污水净化效果的影响  55-65
    5.1.1 水力负荷对CODcr净化效果的影响  55-58
    5.1.2 水力负荷对NH_3-N净化效果的影响  58-60
    5.1.3 水力负荷对TN净化效果的影响  60-62
    5.1.4 水力负荷对TP净化效果的影响  62-64
    5.1.5 冬夏季对污染物的净化效果研究  64-65
  5.2 本章小结  65-67
第六章 复合垂直流人工湿地污染物去除动力学研究  67-76
  6.1 复合垂直流人工湿地动力学模型分析  67-75
    6.1.1 CODcr的去除动力学模型  67-69
    6.1.2 NH_3-N的去除动力学模型  69-71
    6.1.3 TN的去除动力学模型  71-73
    6.1.4 TP的去除动力学模型  73-75
  6.2 本章小结  75-76
第七章 总结  76-78
  7.1 主要工作回顾及结论  76
  7.2 本课题的主要创新点  76
  7.3 本课题今后需进一步研究的地方  76-78
参考文献  78-84
个人简历 在读期间发表的学术论文  84-85
致谢  85

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中图分类: > 环境科学、安全科学 > 废物处理与综合利用 > 一般性问题 > 废水的处理与利用 > 技术方法
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