论坛 VIP服务 论文检测 案例库 期刊 毕业论文库
vvb
vv
cc
您的位置 > 本科论文

本科论文论文范文

复合型人工湿地处理老运粮河水体的研究来源:人大经济论坛论文库 作者:汪洋 时间:2015-02-24

  

  

第一章 绪论


1.1 研究背景及意义

 

1.1.1 研究背景

随着经济的快速发展,人口的急剧增长,工业也越来越来发达,但是为了追逐当地经济的增长,一些地方对工业废水和生活污水的排放管理松懈,导致河水污染严重,出现水体富营养化的问题。面临着日趋严重的水污染问题,我们必须采用一定的措施来解决这一难题。

随着污水处理工艺的发展和完善,按原理可将污水处理工艺分为物理处理法、化学处理法和生物处理法等,由于生物处理法工艺比较简单,运行费用低,处理效果好,因此目前被广泛应用。生物处理法是利用在自然条件下生长、繁殖的植物、动物、微生物等处理污水,形成水体(土壤)-微生物-植物组成的生态系统,对污染物进行一系列的物理、化学和生物的净化。生态系统可对污水中的营养物质充分利用,有利于绿色植物的生长,实现污水的资源化、无害化和稳定化,以达到再回收利用的目的。该法结构工艺简单,运行费用低,处理效率高,是一种符合生态原理的污水处理方式,但是缺点是容易受自然条件的影响,占地面积较大。生物处理法主要有稳定塘、水生动物塘、水生植物塘、土地处理系统、湿地及上述几种工艺的组合系统。

1.1.2 研究意义

而针对河水污染严重的现状,很多国家和地区都采用了人工湿地作为净化河道水体的有效措施之一。目前很多城市河道水的水质越来越差,水体富营养化问题的主要原因是由水体中氮磷含量高引起的。老运粮河位于云南省昆明市五华区、高新区及西山区,是昆明城区12条防洪排涝河道之一,也是昆明西片区主要入滇河道之一。随着城市化、工业化的迅猛发展,老运粮河沿岸建筑物占压、覆盖严重,沿岸生活、工业污水直接排入河道,导致老运粮河污染严重。老运粮河水体中总氮含量高,总磷含量低,但是也高于地表水Ⅳ类水标准,处理老运粮河后的水质需要达到或接近地表水Ⅳ类水质标准。因此,净化老运粮河水体水质的主要目标是脱氮除磷。

1.2 人工湿地的概述

 

1.2.1 湿地的定义

湿地是位于陆生和水生生态系统之间的过渡性地带,它拥有强大的生态净化作用,是地球上一种独特的、多功能的生态系统。自20世纪50年代起, 世界各国开始研究和应用湖滨带、沼泽、滩涂地等自然湿地生态系统来进行各种类型污水的净化,但后来发现,这些用于污水处理的自然湿地生态系统的功能逐渐丧失,其物种组成和种群结构功能发生显著的不可逆变化,自然湿地的总体价值大受影响[1]。

1.2.2 人工湿地的定义

人工湿地是20世纪70年代开始发展起来的一种污水处理技术,是由人工设计与建造的以自然湿地的生态学原理为基础,由基质、水生植物、动物、微生物和水体组成的,能够实现污水净化功能并能应用于实际工程中的新型污水处理系统。与天然湿地相比,人工湿地既具有净化污水的功能又不影响其生态价值,它具有氮磷去除率高、维护方便、运行费用低等优点,已广泛应用于生活污水、工业废水、石油开采废水、养殖废水处理等领域。

1.2.3 人工湿地的类型

根据污水在人工湿地中的流动方式,可将人工湿地分为垂直流人工湿地、潜流式人工湿地和表面流人工湿地三种类型。根据湿地的组成,又可将湿地分为单一型人工湿地和复合型人工湿地。

1.2.4 人工湿地的特点

垂直流人工湿地中,污水在基质中上下垂直流动。它的优点是占地面积小,对氨氮的去除效果好,但是基质容易堵塞。潜流式人工湿地中,污水从湿地的一端经填料水平流过。其优点是对悬浮物等的去除效果好。表面流人工湿地中,污水以地表径流的方式从湿地的表面流过。相比而言,它的去除效果不如垂直流人工湿地和潜流式人工湿地,但是比天然湿地处理效果好。复合型人工湿地,它是多个单一型人工湿地的组合,综合了其组成湿地的优点。相对于单一型人工湿地来说,它的处理效果要远远好于后者。

1.3 人工湿地脱氮机理

    污水中的氮基本上以氨氮、有机氮、硝态氮等形式存在,其去除机理如图1-1所示,包括:氨的挥发、介质吸附沉淀、氨化作用、硝化作用/反硝化作用、植物和微生物的吸收等过程。其中微生物的硝化/反硝化作用,是人工湿地脱氮的最主要途径。

 

图1-1 脱氮机理

1.3.1 氨的挥发

水中氨氮的解离平衡如下:

NH4++OH-→NH3+H2O

由此可见,污水中氨的挥发受pH值得影响很大,当pH值大于8.0时,氨的挥发明显,当pH值小于7.0时,氨的挥发可忽略不计。氨的挥发受pH、温度、NH4+浓度等条件影响。

1.3.2 介质吸附沉淀

    氨氮可以通过介质的活性部位被吸附,通常利用沸石的氨氮吸附能力强这一特点吸附氮。

1.3.3 氨化作用

氨化作用是将水体中的有机氮转化为氨氮等无机氮的过程。氨化作用的程度与湿地中水体的温度、pH、溶解氧等有关。氨化作用的最佳温度为20℃~35℃,最佳pH值为6.5~8.5,有氧条件下有利于氨化作用的进行。

1.3.4 硝化作用

硝化作用是自养型好氧微生物将氨氮氧化为硝态氮的过程:

                          NH4++1.5O2→NO2-+2H++H2O                      (1) 

NO2-+0.5O2→NO3-

                           NH4++2O2→NO3-+2H++H2O                       (2)

    硝化作用受温度、溶解氧、微生物量、无机碳源、pH等因素影响。硝化作用的最佳温度为25℃~35℃,最佳pH值为7.0~8.5,溶解氧浓度应高于2mg/L。

1.3.5 反硝化作用

反硝化作用是异氧微生物将硝态氮还原为氮气的过程:

6(CH2O)+4NO3-→6CO2+2N2+6H2O

反硝化作用属于缺氧反应,只有在基质处于缺氧或厌氧条件下才会发生。一般情况下,反硝化作用的化学变化过程为2NO3-→2NO2-→2NO→N2O→N2。反硝化作用受温度、溶解氧、微生物量、有机物、pH等因素影响。反硝化作用的最佳温度为20℃~35℃,最佳pH值为7.0~8.0。

1.3.6 植物和微生物的吸收

    植物吸收的氮素主要为氨氮和硝态氮,微生物吸收的氮素主要为有机氮。影响氮吸收的主要因素为植物的种类、生长速度、氮素的最大积累量、微生物的种类等。

1.4 人工湿地除磷机理

水体中磷素以正磷酸盐、缩合态磷、颗粒态磷等形式存在。人工湿地除磷的机理包括填料的吸附、化学沉淀、植物的吸收、络合反应、微生物的利用等,其中填料的吸附是湿地除磷的最有效途径[2,3]。

1.4.1 吸附

    湿地中的基质具有吸附磷的能力,但是随着磷的逐渐吸附,基质的吸附量达到饱和,因此湿地的吸附作用受基质的影响较大。

1.4.2 化学沉淀

磷素可以与基质中的Ca、Fe、Al形成不溶于水的Ca-P、Fe-P、Al-P沉淀,湿地可以通过化学沉淀去除污水中的磷素,因此化学沉淀受Ca、Fe、Al等含量的影响。

1.4.3 植物的吸收

湿地中的植物可以通过植物的根部吸收水体中的可溶性磷酸盐,同化为植物中的有机成分。植物吸收磷素的速度和植物的生长量和植物中磷素的最大积累量有关,因此,应选择生长速度快的水生植物作为湿地植物。另外,及时收割植物有助于磷的去除,当植物死亡之后,磷素会释放到系统中,阻碍了磷的去除。所以湿地中磷素的去除效果与植物的种类、植物的收割频率、进水负荷等条件有关。

1.4.4 微生物的利用

    磷可以在微生物的细胞中合成核酸、磷脂等,微生物可以通过吸收和过量积累去除磷。微生物对磷的同化作用需要适量的有机碳源或无机氮源,在有氧条件下,高效除磷菌可以过量摄取磷。



第二章 人工湿地脱氮除磷的影响因素及条件优化

 

2.1 人工湿地脱氮除磷的影响因素

影响人工湿地脱氮除磷效果的因素主要有植物、填料、水力负荷、温度、碳源、pH等。

2.1.1 植物

在人工湿地中,植物是重要的组成部分。植物的根部可以过滤污水中的悬浮物,还可以吸收某些污染物如重金属等。有机污染物的去除依靠好氧微生物和厌氧微生物的共同作用,而溶解氧就决定了有机污染物的去除效果。由于植物对氧的输送、扩散等作用, 可以在根部形成好氧区域, 而对于氧扩散不到的区域会形成厌氧区域[4]。这些区域可以使湿地具有良好的去除效果。

2.1.2 填料

填料也是人工湿地中的重要成分,填料的吸附作用在除磷的影响因素中占主导地位,不同的填料因为成分的不同对磷的吸附能力也就不同。

李旭东等人对三种不同填料进行了磷的等温吸附试验,发现沸石、砾石、土壤对P043-的最大吸附量分别为0.03、0.107、1.11mg/g,依次相差一个数量级[5]。崔理华等人用煤灰渣人工土填料替代人工土基质填充垂直流人工湿地柱,对化粪池出水中总磷的去除率从30-50%到75%-92%[6]。袁东海等人研究了砂子、沸石、蛙石、黄褐土、下蜀黄土、粉煤灰和矿渣7种人工湿地基质材料净化污水磷素的机理,结果表明,矿渣、粉煤灰有很好的磷素去除效果,蛙石、黄褐土和下蜀黄土次之,沸石和砂子的去除效果较差[7]。

人工湿地填料净化磷素的机理主要为化学作用。袁东海等人研究发现,基质吸附的磷素转化为Ca-P、Fe-P、Al-P的含量同基质Ca、Fe、Al的含量呈极显著的幂函数关系,并和基质中钙、铁、铝的形态有关,表现为基质全钙、氧化钙、水溶性钙、游离氧化铁、铝和胶体氧化铁、铝的含量越高,其固定形成的磷酸钙盐、磷酸铁盐、磷酸铝盐越多,基质净化磷素的能力越强[8]。其它一些学者也认为,富含钙和铁铝质的基质,净化污水中磷素能力较强,而硅质含量较高的基质净化能力较差[9]。

2.1.3 水力负荷

研究表明,当水力负荷过大时,污水的水力停留时间就会变短,硝化/反硝化作用未完全时氨氮就随着污水流出湿地系统,从而使得氨氮的去除率下降。当水力负荷过小时,水力停留时间就会过长,容易使系统中的微生物处于厌氧条件下,影响硝化作用和呼吸作用,进而抑制污水中总氮的去除效果。

2.1.4 温度

低温下,植物的新陈代谢活动下降,污水中的溶解氧降低,从而影响湿地的去除效果。另外,低温下微生物的酶活性降低,导致酶促反应速度很慢,硝化/反硝化作用下降,使湿地的去除效果降低。

2.1.5 碳源

在反硝化作用中,反硝化细菌为兼性细菌,但是会优先进行有氧呼吸,需要碳源维持反硝化作用的进行。由于模拟水体水质中碳氮比低,反硝化碳源不足,抑制了反硝化菌的反硝化作用,制约了其脱氮能力。

2.1.6 pH

    硝化过程最适pH范围为7.0~8.5,反硝化过程最适pH范围为7.0~8.0。pH超出该范围,硝化细菌和反硝化细菌的活性将会被抑制,影响氮的去除效果。

2.2 人工湿地脱氮除磷的优化条件

 

2.2.1 植物

张雨葵等[10]针对美人蕉、香根草、风车草、纸莎草等4种常见的湿地植物,分析比较了该4种湿地植物的生长特性,对环境的适应性等,并比较了四种植物在潜流湿地和生物滤床中对污染河水的去除效果,认为美人蕉和香根草生长速度较快,适合于需要快速启动的湿地系统,风车草长势良好,而纸莎草环境适应能力较差。在本研究试验中,采用美人蕉作为湿地植物。

2.2.2 填料

徐丽花等[11]研究了沸石、石灰石等填料对人工湿地的净化能力。结果表明,沸石对氮的去除效果较好,石灰石对磷的去除效果较好。因此,本实验中选择沸石用于潜流湿地中脱氮,选择水泥块用于垂直流湿地中除磷。

2.2.3 水力负荷

姜应和等[12]研究表明,当温度为25℃时,水力负荷由0.5m3•m-2•d-1降为0.1m3•m-2•d-1时,硝态氮去除效果较明显,随着水力负荷的减小,水力停留时间延长,木质纤维素水解产生的可供反硝化菌利用的碳源增加,氮的去除效果较好。

熊佐芳等[13]研究表明,水力负荷对人工湿地基质堵塞有较大影响,当水力负荷低于0.3m3•m-2•d-1时不易发生堵塞。本实验中水力负荷取0.1m3•m-2•d-1。

2.2.4 温度

    温度对微生物的生长影响较大,当温度在20℃~30℃时,湿地的去除效果较好,而超出这个范围时,都将会影响去除效果。当温度过高时,可能使微生物的酶失活,温度过低时,会降低微生物的酶的活性。

2.2.5 碳源

    姜应和等[12]利用树皮作为反硝化补充碳源,分析了人工湿地的脱氮效果,结果表明,人工湿地可以达到预期的反硝化水平。本实验中采用腐木作为反硝化补充碳源。

第三章 小试装置对水体中氮磷去除效果的研究

 

3.1 材料与方法

 

3.1.1 实验装置

小试装置实物图如图3-1所示,位于厦门市中国科学院城市环境研究所内。垂直流-潜流人工湿地示意图如图3-2所示。垂直流-潜流人工湿地小试装置由两部分组成,第一部分是潜流式湿地,尺寸为1 m×0.6 m×0.4 m,;第二部分是垂直流湿地,尺寸为1 m×0.6 m×0.3 m。该复合型人工湿地中种植美人蕉。实验室小试装置采用PVC板加工制作而成。美人蕉种植密度均为40株/m2。该复合型人工湿地 实际容积为456L,有效容积为247L,平均孔隙率0.542。潜流人工湿地段前10cm为均匀布水区,填充砾石,后90cm基质填充次序自上而下分两层:上层为30 cm 厚的沸石(粒径5~10 mm),下层为缓释碳源层(腐木);垂直流湿地基质全部填充5cm左右的水泥块。


图3-1 垂直流-潜流人工湿地小试装置实物图

图3-2 垂直流-潜流人工湿地示意图

3.1.2 进水水质

进水水质模拟老运粮河水质,参考昆明老运粮河水质,由厦门市中国科学院城市环境研究所内景观水配制而成,模拟水体水质参数如表3-1所示。

表3-1 模拟水体水质参数

指标

NH4+-N

TN

TP

COD

浓度范围(mg/L)

6.18~10.15

16.64~22.02

1.83~2.49

50.57~103.00

3.1.3 运行管理

垂直流-潜流人工湿地系统于2013年12月10日开始运行,每两天取样1次,进行水质参数分析。湿地运行的水力负荷为0.1m3•m-2•d-1。进水由兰格BT100-2J蠕动泵控制,流量100mL/min,水力停留时间为1.715d。

3.1.4 分析方法

pH 采用PHS-3CpH计测定;COD采用快速消解法测定;TN采用碱性过硫酸钾消解紫外分光光度法测定;NO3--N采用紫外分光光度法测定;NO2--N采用N-( 1-萘基) -乙二胺光度法测定;NH4+-N采用纳氏试剂光度法测定;PO43--P和TP 采用钼锑抗分光光度法测定;TOC采用燃烧法TOC分析仪测定。

3.2 数据分析

 

3.2.1 复合型人工湿地对氨氮的去除效果分析

由图3-3可以看出,前38天氨氮的平均进水浓度为12.24mg/L,平均出水浓度为0.96mg/L,平均去除率为92.14%,氨氮的去除主要发生在潜流式湿地中,而垂直流湿地中氨氮的去除效果不明显。后54天氨氮的平均进水浓度为5.65mg/L,平均出

水浓度为7.09mg/L,平均去除率为-28.21%,出水浓度波动较大。去除氨氮的主要途径是硝化/反硝化作用以及沸石的吸附作用。造成该结果的原因可能是前38天沸石吸附氨氮能力强,硝化/反硝化细菌利用补充碳源进行硝化/反硝化作用升高,氨氮的去除率达到理想状态,而后54天可能是由于沸石的吸附能力达到饱和,补充碳源不足导致硝化/反硝化作用降低,使氨氮的去除效果变差,甚至导致氨氮的进水浓度不降反升。

图3-3 氨氮的浓度及去除率随时间的变化曲线

3.2.2 复合型人工湿地对亚硝酸盐氮的去除效果分析

    由图3-4可以看出,前38天亚硝酸盐氮的平均进水浓度为1.82mg/L,平均出水浓度为0.032mg/L,去除率达98.11%,亚硝酸盐氮的去除主要发生在潜流式湿地中,垂直流湿地中亚硝酸盐氮的去除效果不明显。后54天亚硝酸盐氮的平均进水浓度为0.70mg/L,平均出水浓度为0.13mg/L,去除率达37.96%,出水水质基本稳定。进水浓度先降后升,可能是由于景观水水质受天气等外界条件和进水口均匀布水区中的硝化/反硝化细菌等影响。

图3-4 亚硝酸盐氮的浓度随时间的变化曲线

3.2.3 复合型人工湿地对硝酸盐氮的去除效果分析

由图3-5可知,前38天硝酸盐氮的平均进水浓度为1.28mg/L,平均出水浓度为0.34mg/L,去除率为73.66%,在潜流式湿地和垂直流湿地中都存在硝酸盐氮的去除作用,相比较而言,垂直流湿地中硝酸盐氮的去除效果比潜流式湿地中的要好。后54天硝酸盐氮的平均进水浓度为12.24mg/L,平均出水浓度为12.67mg/L,去除率为-3.60%。导致硝酸盐氮和亚硝酸盐氮后54天的平均去除率比前38天低的原因可能是碳源不足,导致硝化/反硝化细菌不能正常的利用碳源进行硝化/反硝化作用。

图3-5 硝酸盐氮的浓度随时间的变化曲线

3.2.4 复合型人工湿地对磷酸盐的去除效果分析

由图3-6可以看出,前38天磷酸盐的平均进水浓度为0.87mg/L,平均出水浓度为0.63mg/L,去除率为26.48%,磷酸盐的去除主要发生在垂直流湿地中,在潜流式湿地中磷酸盐的浓度没有太大的变化。后54天磷酸盐的平均进水浓度为1.10mg/L,平均出水浓度为0.63mg/L,去除率为42.36%。该结果表明,湿地对磷酸盐的去除效果较好,主要是通过填料的吸附和植物的吸收去除水体中的磷酸盐。

图3-6 磷酸盐的浓度及去除率随时间的变化曲线

3.2.5 复合型人工湿地对总氮的去除效果分析

由图3-7可以看出,前38天总氮的平均进水浓度为16.19mg/L,平均出水浓度为1.59mg/L,去除率达89.37%,总氮的去除主要发生在潜流式湿地中,而垂直流湿地中进出水浓度变化不大,氮的去除主要是硝化/反硝化作用和沸石的吸附作用。后54天总氮的平均进水浓度为18.29mg/L,平均出水浓度为18.61mg/L,去除率为-2.47%。导致这一结果的主要原因是用作硝化/反硝化作用补充碳源的腐木中的纤维素等被水解释放出有机物,进而被硝化/反硝化细菌利用进行硝化/反硝化作用,因此前段时间总氮的去除效果较好。当腐木中的纤维素被水解完后,用于硝化/反硝化作用的补充碳源不足,硝化/反硝化作用被抑制,总氮的去除效果下降甚至没有效果。

图3-7 总氮的浓度及去除率随时间的变化曲线

3.2.6 复合型人工湿地对总磷的去除效果分析

由图3-8可以看出,前38天总磷的平均进水浓度为0.94mg/L,平均出水浓度为0.68mg/L,去除率为27.00%,磷的去除主要发生在垂直流湿地中,潜流式湿地中进出水浓度变化不明显。后54天总磷的平均进水浓度为1.25mg/L,平均出水浓度为0.72mg/L,去除率为42.15%。整体来看,湿地的出水浓度较为稳定,没有太大的波动。磷的去除主要通过填料的吸附作用和植物的吸收来实现,由前一阶段可以看出填料的吸附占主要部分,后一阶段可以看出植物的吸附也是主要的除磷途径。

图3-8 总磷的浓度及去除率随时间的变化曲线

3.2.7 复合型人工湿地中pH的变化对湿地的影响

由图3-9可以得出,进水平均pH值为7.60,第一格室中平均pH值为7.35,出水平均pH值为7.78,均在硝化/反硝化细菌生长的最适pH范围内。因此在本实验中pH对脱氮除磷的影响可忽略不计。

图3-9 pH值随时间的变化曲线

3.2.8 复合型人工湿地对COD的去除效果分析

图3-10 快速消解法测得的COD随时间的变化曲线

    在潜流式湿地中添加腐木作为补充碳源,腐木中的纤维素被水解释放出有机物,因此从图5-10中可以看出COD的去除效果不理想,但是COD也没有变化太大,基本上和进水水质保持一样,不影响出水水质。因为水体中COD浓度较低,平均浓度为35.54mg/L,和地表水IV类水质标准(COD≤30mg/L)相近,所以不作为本实验中主要去除目标。

由于水体中氯离子含量较高,对快速消解法测COD产生了干扰,因此改用燃烧法TOC分析仪测定TOC,并采用重铬酸钾回流法测COD。

图3-11 TOC随时间的变化曲线


表3-2 回流法测得的COD浓度   

次数

进水COD(mg/L)

第一格室COD(mg/L)

出水COD(mg/L)

1

20.67

21.42

18.59

2

18.09

21.42

15.94

3

12.92

10.71

7.97

TOC表示水中有机物的含量,COD表示水中还原性物质的含量,但主要是有机物质,因此可以通过TOC的变化得出COD的变化。图3-11中,虽然随着时间的变化TOC呈上升趋势,但是出水TOC浓度比进水TOC低,说明湿地对水体中的有机物质有一定的去除效果。另外,TOC出水平均浓度为6.95mg/L,说明有机物含量很低,而由表3-2得知,COD出水浓度符合《地表水环境质量标准》(GB 3838-2002)要求的IV类水质标准。

3.3 总结

该复合型人工湿地中出水水质主要参考《地表水环境质量标准》(GB 3838-2002)中的IV类水质标准限值,《地表水环境质量标准》(GB 3838-2002)中的IV类水域主要适用于一般工业用水区及人体非直接接触的娱乐用水区,IV类水质标准限值如表3-3所示。

由复合型人工湿地对氮磷去除效果的数据分析结果得知,前38天出水水质指标除了总磷外其他的指标都达到地表水环境质量标准IV类标准,而后54天出水水质指标基本上都不达标。在潜流式湿地中由于沸石的解吸导致氮的去除效果在实验装置运行后期变得很差,而在该复合型湿地中由于植物的死亡导致磷释放到水体中,使得磷的去除效果变差。但总体而言,该复合型人工湿地对氮磷有去除效果,只是本实验过程中还存在很多不足,需要进一步的改善。

表3-3 地表水环境质量标准基本项目标准限值

序号

项目

IV类

1

pH

6~9

2

TP(mg/L)

≤0.3

3

COD(mg/L)

≤30

4

NH4+-N(mg/L)

≤1.5

5

TN(mg/L)

≤1.5

6

NO3--N(mg/L)

≤10

第四章 复合型人工湿地运行过程中常见的问题及解决办法


4.1 湿地脱氮过程中常见的问题及解决办法

    在人工湿地脱氮过程中常见的问题有沸石解吸和碳源不足,针对这两方面的问题提出如下的解决方法。

4.1.1 沸石的解吸特性研究及解决办法

沸石在湿地中对氨氮的吸附能力较强,在氨氮的去除中占了很大的比例。研究表明,沸石对氨氮具有解吸能力[14]。通过沸石的动态解吸实验研究沸石的解吸特性。

4.1.1.1 沸石的动态解吸试验方法

在潜流式湿地前段和后段中部分别取适量的沸石,置于250mL锥形瓶中,并加入蒸馏水50mL,滴入两滴三氯甲烷抑制微生物的活动,并做四组平行试验。将锥形瓶置于摇床上在25℃恒温下以120r/min的转速均匀摇动24h。锥形瓶中的水离心十分钟后取离心液经0.45μm微孔滤膜过滤后分别测定解吸液中氨氮的吸光度,求出氨氮的浓度。将锥形瓶和离心管烘干后测得其总干重,再将锥形瓶和离心管洗干净后烘干测得其干重,计算出沸石的干重,求得沸石对氨氮的解吸量。

4.1.1.2 实验结果与讨论

通过实验求得的沸石解吸量画出沸石的解吸量变化曲线,如图4-1所示。

图4-1 沸石的解吸量变化曲线

由图4-1可得,潜流式湿地中前段沸石的解吸量平均值为0.0029mg/g,后段解吸量平均值为0.0011mg/g。前段解吸量是后段的三倍左右,是因为潜流湿地中水体平行流动,前段沸石对氨氮的吸附作用大于后段。通过实验结果可以认为在后54天内氨氮出水浓度不降反升是由沸石的解吸导致的。

4.1.1.3 解决办法

由上述实验可知,沸石在吸附氨氮能力达到饱和后会向水体中释放氨氮,从而影响氨氮的去除效果,因此在湿地运行一段时间后及时更换沸石,以免影响湿地效果。将原来的沸石在太阳下暴晒,使沸石可回收再使用。

4.1.2 碳源不足及解决办法

 

4.1.2.1 碳源不足

COD浓度降低,导致硝化/反硝化细菌可利用的有机物减少,硝化/反硝化作用降低;补充碳源大部分已经被利用,使得硝化/反硝化细菌可利用的碳源不足,最后导致湿地对氮没有去除效果。

4.1.2.2 解决办法

在湿地中继续添加补充碳源,使硝化/反硝化作用可以继续。

4.2 湿地除磷过程中存在的问题及解决办法

    人工湿地除磷过程中常见的问题有基质容易达到饱和、植物死亡释放磷素等。

4.2.1 存在的问题

一方面,由于进水水质中磷含量低,所以在湿地中除去少量的磷就表现出较大的去除率,而出水水质依然没有达标。另一方面,湿地刚开始运行时,基质对磷的吸附为主要除磷方式,随着湿地的运行基质也会达到饱和,然后除磷效果就会变差。此外,湿地中的植物也会吸收水体中的磷酸盐等,当植物死亡后,磷就会释放到水体中,使磷的浓度变大。

4.2.2 解决办法

针对上述问题,解决办法是及时收割湿地中长大成熟的植物,以免植物中的磷素释放影响湿地的去除效果;及时更换基质,避免基质达到饱和使湿地除磷效果降低。通过这些措施改善湿地除磷效果。

4.3 湿地运行过程中基质堵塞问题及解决办法

 

4.3.1 基质堵塞问题

在湿地运行过程中,进水中的COD和SS对湿地基质堵塞问题起着关键作用。进水中的悬浮物质会在湿地基质中积累,随着湿地的运行,悬浮物会填充在基质间和基质内的空隙中,阻碍水体的流动,造成湿地基质堵塞。基质堵塞会使湿地处理效果下降、使用寿命缩短等问题,因此采取一些措施解决堵塞问题就显得很重要了。

4.3.2 解决办法

 

4.3.2.1 对进水进行预处理

进水水体中有悬浮物,在水体进入湿地之前设置沉淀池使水体中的悬浮物沉降,降低基质堵塞的可能。

4.3.2.2 选择合适的水力负荷

水力负荷在很大程度上决定了其污染负荷[15],水力负荷高污染负荷就高,其中的有机物就会使堵塞加快;水力负荷低,使水力停留时间长,溶解氧减少,去除效果差,剩余有机物积累量增加,使基质堵塞加快。因此选择合适的水力负荷可以防止基质堵塞。

4.3.2.3 选择合适的填料粒径

粒径小的填料可以提高湿地的去除率,但是容易堵塞,粒径大的填料可以降低堵塞的发生可能,但是会影响去除效果。因此选择合适的填料粒径既可以保证湿地的净化效果又可以有效预防基质堵塞的发生。

4.3.2.4 停床休整

让湿地停止运行一段时间,可以使氧进入湿地中,使好氧微生物的活性增加,加快有机物的降解,进而达到解决基质堵塞的目的。

4.3.2.5 及时更换基质

由于基质被有机物堵塞,所以及时更换基质可以恢复湿地的净化能力。








第五章 结论

针对老运粮河水体中总氮含量高、总磷含量低的现状,于厦门市中国科学院城市环境研究所内构建由潜流式湿地和垂直流湿地组成的复合型人工湿地,进行为期3个月的实验,对实验数据进行分析,为处理昆明老运粮河河道水中试系统的设计及运行提供一定的理论依据和数据支持。现得到如下结论:

(1)湿地运行38天后沸石对氨氮的吸附能力达到饱和,随后54天由于沸石的解吸导致氨氮的出水浓度不降反升;

(2)前38天,氨氮的进水浓度为12.24mg/L,出水浓度为0.96mg/L,去除率达92.14%;总氮的进水浓度为16.19mg/L,出水浓度为1.59mg/L,去除率达89.37%;总磷的进水浓度为0.94mg/L,出水浓度为0.68mg/L,去除率为27.00%;COD的进水浓度为32.50mg/L,出水浓度为32.63mg/L。复合型人工湿地对氮的去除效果很好;对磷有去除效果,但是不是太理想;COD浓度几乎没有变化,说明加入补充碳源后并没有引起水体的恶化。

(3)后54天,氨氮的进水浓度为5.65mg/L,出水浓度为7.09mg/L,去除率达-28.21%;总氮的进水浓度为18.29mg/L,出水浓度为18.61mg/L,去除率达-2.47%;总磷的进水浓度为1.25mg/L,出水浓度为0.72mg/L,去除率为42.15%;COD的进水浓度为17.23mg/L,出水浓度为14.17mg/L。复合型人工湿地对氮没有去除效果,对磷的去除效果较好,进水COD浓度降低,水体中可供微生物利用的有机物减少,导致微生物数量减少,硝化/反硝化作用减弱,加上沸石解吸释放氨氮,导致氨氮浓度上升,使得湿地对氮没有去除效果。

(4)针对人工湿地运行过程中出现的问题提出如下解决办法:对进水进行预处理,选择合适的水力负荷、填料粒径,及时更换基质、补充碳源,收割成熟的植物,挺床修整,通过以上解决办法使湿地的处理效果达到最好。

该人工湿地的处理效果良好,氮的去除率达到90%以上,磷的去除率达到40%左右,但应及时采取措施才能使湿地运行时间更长,达到的处理效果更好。



参考文献:
   参考文献 [1]张政,付融冰,顾国维,杨海真等.人工湿地脱氮途径及其影响因素分析[A].生态环境,2006,15(6):1385-1390. [2]V YMAZAL J,BRIX H,COOPER P F.Removal Mechanisms and Ty pes of Const ructed Wet lands [M].Leiden :Backhuys Publishers,1998,35     

  
  
相关论文

最新论文

推荐论文

gg333