【摘要】： 針對(duì)垂直流-水平流(vertical flow-horizontal flow,簡稱VF-HF)組合人工濕地系統(tǒng)普遍存在脫氮能力季節(jié)性差異和HF段反硝化碳源不足等問題,本研究通過在VF段填充一定量沸石基質(zhì),構(gòu)建離子交換-生物再生強(qiáng)化組合人工濕地系統(tǒng)(enhanced vertical flow-horizontal flow hybrid constructed wetland,簡稱VF2-HF2),暖季和寒季,實(shí)現(xiàn)微生物與沸石基質(zhì)協(xié)同脫氮,并以曲陽污水處理廠初沉池出水為試驗(yàn)用水,與VF段填充礫石構(gòu)建的組合人工濕地系統(tǒng)(verticalflow-horizontal flow hybrid constructed wetland,簡稱VF1-HF1)進(jìn)行了COD、NH_4~+-N、TN和TP處理效果比較研究。同時(shí),開展了沸石生物再生動(dòng)力學(xué)和水生植物枯葉強(qiáng)化HF段反硝化的動(dòng)力學(xué)小試試驗(yàn)研究。 當(dāng)水力停留時(shí)間為4.4～17.6d,進(jìn)水COD 120～300 mg·L~(-1)、氨氮12～33 mg·L~(-1)、總氮24～42 mg·L~(-1)和總磷2.8～9.4 mg·L~(-1)時(shí),VF1-HF1組合濕地系統(tǒng)全年的去除率分別為64%～94%、4%～72%、3%～71%和15%～98%,而VF2-HF2組合濕地系統(tǒng)全年的去除率分別為82%～99%、52%～98%、34%～91%和20%～98%。當(dāng)HRT≥4.4d,VF2-HF2組合濕地系統(tǒng)出水COD、氨氮、總氮和總磷全年可穩(wěn)定達(dá)到《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB18918-2002)規(guī)定的一級(jí)B標(biāo)準(zhǔn)。如以出水水質(zhì)達(dá)到GB18918-2002規(guī)定的一級(jí)B為主要目標(biāo),綜合考慮處理水量和沸石生物再生要求,推薦VF1-HF1組合濕地系統(tǒng)采用HRT=17.6d,VF2-HF2組合濕地系統(tǒng)采用HRT=8.8d運(yùn)行較為合適。 基質(zhì)類型對(duì)COD去除效果無顯著影響,有機(jī)物的降解主要是通過厭氧菌和好氧菌的生物作用實(shí)現(xiàn)的,基質(zhì)主要作為微生物附著的載體;菖蒲和水蔥組成的多植物系統(tǒng)具有較發(fā)達(dá)的根系,能為微生物的附著生長提供更多的表面積,同時(shí)對(duì)有機(jī)物也具有較高的吸收能力,因此對(duì)COD的去除能力要優(yōu)于單一的蘆葦植物系統(tǒng)。對(duì)全年脫氮途徑的分析和計(jì)算結(jié)果表明,生物脫氮占69%,是VF2-HF2人工濕地主要的脫氮形式,沸石吸附僅占16%,證明暖季沸石的吸附能力可以實(shí)現(xiàn)生物再生;對(duì)全年磷去除途徑計(jì)算和分析可知,VF2-HF2組合人工濕地系統(tǒng)除磷作用主要發(fā)生在VF段,基質(zhì)的吸附和沉淀作用是除磷的主要途徑,占除磷總量的84%,植物收割僅占4%,證實(shí)植物收割除磷對(duì)高負(fù)荷污水處理的作用是有限的。 沸石生物再生小試試驗(yàn)結(jié)果表明,沸石對(duì)氨氮的吸附和離子交換作用主要在2d內(nèi)完成,沸石對(duì)NH_4~+的飽和吸附量為3.32mgN·g~(-1);陽離子濃度、曝氣、硝化細(xì)菌和異養(yǎng)菌對(duì)飽和沸石再生效率的影響均可用一級(jí)動(dòng)力學(xué)方程(y=1-e~(-kt))模擬,曝氣吹脫作用可使再生效率在再生液陽離子自然再生基礎(chǔ)上提高1.5%,異養(yǎng)菌的存在可使再生效率提高7.7%,硝化細(xì)菌的存在可使再生效率提高48.9%。異養(yǎng)菌與硝化細(xì)菌共存時(shí),再生時(shí)間超過80d時(shí),硝化細(xì)菌和異養(yǎng)菌的生長存在底物抑制。通過對(duì)沸石再生前后沸石中的主要陽離子濃度(K~+、Na~+、Ca~(2+)和Mg~(2+))測(cè)定可知,K~+和Na~+在沸石氨氮再生過程中起主要作用,這與四種離子與氨氮的分離因數(shù)測(cè)定結(jié)果相一致。 植物枯葉釋放有機(jī)碳源強(qiáng)化HF段反硝化是可行的。香蒲枯葉在投加后7～11d內(nèi)反硝化速率最快,植物生長可將反硝化動(dòng)力學(xué)常數(shù)k提高0.72倍,香蒲枯葉的投加可將反硝化動(dòng)力學(xué)常數(shù)k提高3.56倍,香蒲枯葉經(jīng)預(yù)處理后可將反硝化動(dòng)力學(xué)常數(shù)k提高10.35倍;香蒲枯葉經(jīng)堿洗預(yù)處理后,氨氮的釋放速率和釋放量隨之增加,易降解含氮有機(jī)物在植物枯葉投加后10 d內(nèi)分解較快,難降解有機(jī)氮化合物在在植物枯葉投加后17 d,可在酶催化劑作用下水解。PCR-DGGE分析結(jié)果表明,香蒲枯葉的投加和植物的生長都使反應(yīng)器中的Shannon-Wiener指數(shù)發(fā)生一定變化。對(duì)DGGE結(jié)果進(jìn)行測(cè)序分析和比對(duì)結(jié)果表明,反應(yīng)器內(nèi)主要存在的反硝化菌為Leptolyngbya屬和Escherichia屬,其相似性都達(dá)到了99%。
【圖文】：

(SurfaeeFlowWetland，，簡稱sF)、潛流人工濕地 (Horizontalsubsu血 eeFlowWetiand，簡稱H功、垂直流人工濕地恤 rticalRowWeiland，簡稱VF)，三類濕地構(gòu)造如圖1.1所示。表面流人工濕地水平流人工濕地地地群鑒拳拳(慈魏舞癮夔夔窿器瓣舞匆自睡綴竇器 器麒癱黝撇翻姍撇 撇群黔顴繳 繳撇撇嗓巍參翻翻瞬瞬嘟 llll鬢鬢攀簿奉耀鬢爹籍豁藕麟熬痢 痢二纂蔽而窮黝叨陰觸比側(cè)助麟麟餐戮汾滋翻 翻黝黝簇鬃鬢纂纂瀚 瀚 瀚瀚緒魏要賽徽翻湘娜哪 哪襲系路越麟妻妻 妻 妻鬢鬢撇 !!!\抓\垂直流人工濕地鑫鑫、、豪 !!!繳 繳 ;;;價(jià) 價(jià) 價(jià)價(jià)泌潞腳圳麟.日湘 湘彭彩名潭潭圖1.1人工濕地的類型及構(gòu)造示意圖 Fig.1.1Schematiediagramofdi月籠rentt即eofconstructedwetland(1)表面流人工濕地表面流人工濕地類似于天然沼澤，水面暴露于大氣，污水在人工濕地基質(zhì)表面漫流，水位較淺，一般在0.1一0.6m。絕大部分有機(jī)物的去除是由生長在植物水下部分的莖、桿上的生物膜來完成。所以這種系統(tǒng)難以充分利用生長在基質(zhì)表面的生物膜和生長豐富的植物根系對(duì)污染物的降解作用，其處理能力較低。與潛流濕地工藝相比其優(yōu)點(diǎn)是投資少、操作費(fèi)用較低;缺點(diǎn)是負(fù)荷小、占地面積較大，冬季北方地區(qū)表面會(huì)結(jié)冰，夏季易繁殖蚊蠅，散發(fā)臭味，而且在SF系統(tǒng)中，底層一般未經(jīng)密封，有可能造成地下水污染。SF對(duì)懸浮物、有機(jī)質(zhì)的去除效果較好，但對(duì)氮磷的去除率偏低(10%一15%)l101。氮在s

流一水平流 (VertiealFlowandHoriZontalRo硯簡稱VF一HF)組合人工濕地和水平流一垂直流 (HorizontalRowandVertiealFlow，簡稱HF一VF)組合人工濕地，具體構(gòu)造如圖1.2所示。
【學(xué)位授予單位】：同濟(jì)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2008
【分類號(hào)】：X703

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本文編號(hào)：2637952