（环境科学专业论文）改进型波形潜流人工湿地处理猪场废水试验研究.pdf

摘要用的顺利进行，导致出水t n 浓度升高，去除率下降。5 该人工湿地系统对c o d 有很强的去除能力，导致湿地系统后端碳源缺乏。本试验采用中后端进水的方式补充碳源来改善湿地系统的脱氮能力。结果表明：该措施有利于湿地系统对废水中t n 的去除，t n 的去除率可以提高约1 4 。关键词：改进型波形潜流人工湿地；猪场废水；填料；水力停留时间；碳氮比；曝气a b s t r a c ta b s t r a c ts w i n ew a s t e w a t e rh a sh i g hc o n c e n t r a t i o no r g a n i cp o l l u t a n t s ，a m m o n i an i t r o g e na n df l o a t e r s i ti sd i f f i c u l tf o rs w i n ew a s t e w a t e rt om e e tn a t i o n a le n v i r o n m e n t a le m i s s i o ns t a n d a r do nas i n g l ew a t e rh a n d l ea p p r o a e l a ，a n dt h ew a s t e w a t c rt r e a t m e n tc o s ti ss oh i g ht h a tm o s tb r e e d i n ge n t e r p r i s ec a l l tb e a r n ea d v a n t a g e so fc o n s t r u c t e dw e t l a n d , s u c ha sh i g hr e m o v a le f f i c i e n c yf o rna n dpf r o mw a s t e w a t e r , p r o j e c tc o n s t r u c t i o na n do p e r a t i o nc o s ti sl o w , t h eo p e r a t i o nm a i n t e n a n c ec o n v e n i e n ta n ds t r o n ga b i l i t yt oa d a p tt ol o a dc h a n g ee t e ，m a k ei tb e c o m ea ni d e a lc h o i c ef o rt h ed e e pt r e a t m e n to fs w i n ew a s t e w a t e r t t l i sr e s e a r c hh a ss t u d i e dt h et r e a t m e n to fa n a e r o b i cd i g e s t e ds w i n ew a s t e w a t e rb yi m p r o v e dw a v ys u b s u r f a c ef l o wc o n s t r u c t e dw e t l a n d r e s e a r c hc o n c l u s i o n sa 托a sf o l l o w s ：1 1 h es m i l ea d s o r p t i o nt e s to fa s hb r i c ks u b s t r a t et on i t x o g e na n dp h o s p h o r u s t h i ss t u d ye x a m i n e dn i t r o g e na n dp h o s p h o r u sa d s o r p t i o np e r f o r m a n c eo fa s hb r i c k ,w l a i e hi se o n s l z u e t i o nw a s t e a s hb r i c ki sac o n s t r u c t i o nw a s t e ；i th a sh i g hr e m o v a lc a p a b i l i t yo fp h o s p h o r u s n ed a t ao b t a i n e di nt h e s ee x p e r i m e n t sw e i ei na e e o r d a n c o、析也f r e u n d l i e ha n dl a n g m u i ri s o t h e r m s m a x i m u ma d s o r p t i o nc a p a c i t yo fa s hb r i c kc a l c u l a t e df r o ml a n g m u i re q u a t i o nw a s5 3 8 2 r a g g ；t h ea m m o n i aa d s o r p t i o np e r f o r m a n c eo fa s hb r i c ki ss t r o n g e rt h a ns a n da n dv o l c a n i cc i n d e r s s oa s hb r i c kc a l lb eu s e dt om a k eaw e t l a n ds y s t e mp a c k i n g 2 c o d no ft h ei n f l u e n ta f f e c t st h er e m o v a le f f i c i e n c yo fh o r i z o n t a ls u b s u r f a c ef l o wc o n s t r u c t e dw e t l a n dt r e a t i n gs w i n ew a s t e w a t e r t h e r es e tt h r e ec o d nv a l u e s ：2 ，5a n d7 t h er e s u l t ss h o wt h a t ：t h ee o n s l r u e t e dw e t l a n ds y s t e mh a sb e t t e rn i t r o g e nr e m o v a le f f i c i e n c yw h e nc o d no fi n f l u e n tw a sf i v e 3 i nt h i se x p e r i m e n t , w a v ys u b s u r f a c ef l o we o n s l r u e t e dw e t l a n d ( w a v ys u b s u r f a c ef l o wc o n s t r u c t e dw e t l a n d , r e f e r r e dt o 嬲w - s f c w ) s e r v e d 嬲c o n t r o l sa n di m p r o v e dw a v ys u b s u r f a c ef l o wc o n s t r u c t e dw e t l a n d ( i m p r o v e dw a v ys u b s u r f a c ef l o wc o n s t r u c t e dw e t l a n d ，r e f e r r e dt o 髂i w - s l ：c w ) w a ss t u d i e da tt h er e m o v a le f f i c i e n c yo fp o l l u t a n t si ns w i n ew a s t e w a t e ra td i f f e r e n th y d r a u l i cr e t e n t i o n1 1 1a b s t r a c tt i m e t h er e s e t ss h o w e dt h a t ：i w - s f c wh a sg o o dr e m o v a le f f i c i e n c yf o rt r e a t i n gs w i n ew a s t e w a t e r i nt h eh r t4 d ，c o d ，t n ，n h 4 + n ，t pc o n c e n t r a t i o n so fi n f l u e n tw e r e5 1 1 m g l ，1 2 0 m g l ，1 1 0 m g l ，1 0 m g lo rs o ，t h er e m o v a lr a t eo f c o d ，n h 4 + - n ，t na n dt pw a s8 6 0 ，5 4 4 ，7 0 1 a n d9 1 6 ，r e s p e c t i v e l y i ts h o w st h a tt h i sw e t l a n ds y s t e mc a nb eu s e dt od e a lw i t hs w i n ew a s t e w a t 盱；t h er e m o v a le f f i c i e n c yo fc o da n dt pi m p r o v e sg r a d u a l l yw i t ht h eh r te x t e n s i o n i nt h eb e s ta d a p th r t8 d ，t h er e m o v a lr a t eo fc o da n dt pr e a c h e d9 2 7 a n d9 6 8 r e s p e c t i v e l y b u tt h er e m o v a le f f i c i e n c yo ft na n dn i - 1 4 + - nw a sf i r s ti n c r e a s e da n dt h e nd e c r e a s e dw i t ht h eh r te x t e n s i o n i nt h eb e s ta d a p th r t4 d , t h er e m o v a lr a t eo ft na n dn h 4 + - ni nt h ew e t l a n ds y s t e mw a s5 4 4 a n d7 0 1 r e s p e c t i v e l y 4 a f t e rc o n t i n u o u sa e r a t i o n , o r i nt h ew e t l a n ds y s t e mh a sg r e a t l yc h a n g e d ；e x p l a i n i n ga e r a t i o nc a no b v i o u s l yi m p r o v ed i s s o l v e do x y g e nl e v e l si nt h ew e t l a n db e db o d y d i s s o l v e do x y g e ni n c r e a s i n gh e l p sc o d ，n h 4 + - nr e m o v a l ，h o w e v e r , i ti st ot h ed i s a d v a n t a g eo ft nr e m o v a l m a yb ei n c r e a s i n gd i s s o l v e do x y g e ni nt h ew e t l a n ds y s t e mr e s t r a i n i n gt h ed e n i t r i f y i n gf u n c t i o ns m o o t h l y , c a u s i n ge f f l u e n tt nc o n c e n t r a t i o n sr i s ea n dd e c r e a s i n gt nr e m o v a le f f i c i e n c y 5 t h ea d v a n t a g eo fs t r o n gc o dr e m o v a la b i l i t yc a u s i n gc a r b o ns o u r c el a c k e di nc o n s t r u c t e dw e t l a n ds y s t e mb a c k e n d i nt h i se x p e r i m e n t , a d d i n gc a r b o ns o u r c ea tc o n s t r u c t e dw e t l a n ds y s t e mc e n t r a lo rb a c k - e n dt oe n b a n c et h ee f f e c to ft h ed e n i t r i f i c a t i o ni nc o n s t r u c t e dw e t l a n ds y s t e m t h er e s u l t ss h o w e dt h a t ：t h i sm e a s u r e si su s e dt oe n h a n c et h et ne f f e c to fw e t l a n ds y s t e m , i tc a ni m p r o v e dt nr e m o v a le f f i c i e n c ya b o u t1 4 k e yw o r d s ：i w - s f c w ；s w i n ew a s t e w a t e r ；p a c k i n g ；h r t ；c o d n ；a e r a t i o ni v符号说明符号说明v1 绪论1 绪论1 1 养殖业粪污来源和危害近几年规模化、集约化养殖企业发展很快，规模化养殖已成为我国生猪养殖业发展趋势。据农业部统计，截至2 0 0 8 年底，我国规模化生猪养殖场( 户) 出栏数量所占比率已上升至6 2 t 。畜牧业对我国农业g d p 的贡献很大，但养殖业发展也带来了严重的养殖粪污的污染问题。据统计2 0 0 7 年，河南省畜禽养殖业粪便产生量为1 7 0 亿t ，尿液污水排放量为1 0 2 亿t ，是工业和生活污水量的4 ；污染指标c o d 排放量达1 0 6 9 9 万t 、氨氮排放量1 0 4 8 万t ，分别是工业、生活排放量的1 5 倍和1 2 倍。因此，畜禽养殖业粪污对我国水环境的潜在影响大于工业、生活污水等对环境的污染，成为面源污染的主要来源之一。养殖业污染主要来自于养殖过程中产生的粪便、污水和臭气。畜禽粪便会造成多方面的污染，如空气污染、水体污染、土壤污染、重金属及兽药残留的污染等【2 】。河南省畜禽养殖的种类主要是养猪、养牛和禽类( 鸡、鸭) 等的养殖。禽类养殖过程中几乎不产生废水，主要产生禽粪和垫料，而这些固体废弃物可以作为有机肥生产的原料；养牛过程中，奶牛养殖产生的废水量高于肉牛养殖，产生的废弃物主要是牛粪尿和少量高浓度有机废水，且易于固液分离和处理；而养猪过程中，除产生大量的猪粪外，还产生大量的污水，以万头规模养猪场为例，日产生污水9 0 1 0 0 m 3 ，其中c o d 5 约6 0 0 0 - 1 0 2 0 0 m g l ，氨氮5 0 0 1 2 0 0 r a g l , 产生猪粪16 - - 。18 m 3 ；产生臭气中氨氮挥发损失量约2 0 - - - 2 5 k g d 。因此，寻找一种效果较好、投资较少、处理费用较低的处理大量养猪污水的方法，使得养殖业的发展与环境保护相统一，对微利的养猪行业来说已成为当务之急。1 2 国内外养殖场污染处理现状1 2 1国外养殖场污染处理研究现状自2 0 世纪5 0 年代起国外开始重视禽业环境，发达国家开始在城镇郊区建立集约化畜禽养殖场，进行大规模的集约化养殖。由于每天有大量粪便及污水1 绪论产生，难以处理利用，造成了严重的环境污染。2 0 世纪6 0 年代，日本用“畜场公害 概念高度概括了这一问题的严重性。与此同时，许多发达国家迅速采取措施加以干预和限制，并通过立法进行规范化管理。如规定每个生产点允许饲养的畜禽数；建场时必须有粪便和污水的储存、处理和利用设施；未经许可，不得将污水排入河流和自己挖的粪池；粪便未经无害化处理不得施入耕地。同时，还制定了相应的处罚条例，严格监督。日本：2 0 世纪7 0 年代发生严重的“畜场公害”，此后便制定了废弃物处理与消除法、防止水污染法和恶臭防止法等7 部法律，对畜禽污染管理作了明确的规定；美国：联邦水污染法中的规定侧重于禽场建设管理，超过一定规模的畜禽场，建场必须通过环境许可；德国：规定畜禽粪便不经处理不得排入地下水源或地面：挪威：为了防止畜禽污水污染水源，1 9 7 0 年颁发 水污染法，环保部于1 9 7 3 、1 9 7 7 、1 9 8 0 年又发布了许多法规，规定在封冻和雪覆盖的土地上禁止倾倒任何牲畜粪肥；禁止畜禽污水排入河流；丹麦：为了减少粪便污染，规定根据每公顷土地可容纳的粪便量，确定畜禽最高密度指标；施入裸露土地上的粪肥必须在施用后1 2 h 内犁入土壤中，在冻土或被雪覆盖的土地上不得施用粪便；每个农场的贮粪能力要达到贮纳1 个月的粪量；荷兰g畜牧业高度密集，全国每年约有1 6 的畜禽粪过剩。为了防止畜禽粪便污染，1 9 7 1年立法规定，直接将粪便排到地表水中为非法行为；英国：是基本无畜产公害的国家，虽然其人口和工业比较集中，但畜牧业远离大城市，与农业生产紧密结合。经过处理后，畜禽粪便全部作为肥料，既避免了环境污染，又提高了土壤肥力。从国外畜禽污染的管理状况可以看出，对畜禽粪便环境污染的管理，主要从以下两个方面进行：( 1 ) 国外发展畜禽养殖业，绝大多数是既养畜又种田，畜禽粪便由充足的土地进行消化。荷兰全国只有4 个大型农场，整个农业、畜牧业分散在全国1 3 7 万个家庭，产生的畜禽粪由农场进行消化。丹麦则靠既种粮又养畜的自耕农。美国虽有大型畜牧场，但在养猪方面起主导作用的是年产2 0 0头5 0 0 头猪的小型农牧结合的农场。在日本，除了限制大型养殖场建设外，并规定城镇附近猪场规模不得超过5 0 头，而且必须有治理排污的措施；( 2 ) 对规模化的畜禽养殖场必须有一定的污染处理设施，做到达标排放，或者进入市政污水处理厂进行处理，畜禽支付污水厂污水处理费用。在养殖业污染的治理技术上，国外发达国家如德国、荷兰等对养殖粪污主2i 绪论要采用标准化大中型沼气工程进行处理，沼液经深度处理后用于农田灌溉或其它杂用，沼渣经过生物发酵技术生产生物有机肥，沼气用于发电。1 2 2国内养殖场污染处理研究现状国内养殖业以集约化和规模化养殖为主，养殖规模大，而企业本身又没有足够的土地消纳污染物，给周边环境造成严重污染。在我国经济发达地区如东莞采取“禁养 措施，减少养殖对环境的污染，而这种做法是不可取的。国内对养殖污水普遍采用简易的处理方式：如沉淀自然排放( 占5 0 ) ，沉淀植物氧化塘农田灌溉( 占4 0 ) ，沉淀酸化池沼气池沼液排放( 占5 ) ，沉淀酸化池沼气池好氧处理排放( 5 ) ，处理后废水达标率低、且不稳定。而大中型沼气工程普遍存在工艺复杂、投资大、运行成本高，且产生的沼气或沼气发电因政策、资金等问题，限制了其规模化和工业化应用。此外由于养殖业废水具有可生化性强、氮磷含量高等特点，氨氮含量高达5 0 0 1 2 0 0 m g l ，经传统处理方式处理后，c o d 可达标排放，但氨氮含量仍高达2 0 0m g l 以上，因此养殖业废水的氨氮治理应以预处理技术和深度处理相结合，通过预处理技术回收氮磷减少后续处理负荷，以深度处理方式实现氮磷达标排放。因此，选择一种处理效果好、处理成本低的污水处理方法己成为解决养殖业污染的关键所在。吴永明【3 1 等研究利用i o c s b b r 联合工艺处理高氨氮猪场废水，结果表明一定的运行条件下，联合工艺的c o d 、n i - h + - n 和t n 去除率达到9 5 6 、9 5 4 0 a和7 8 6 。崔喜勤 4 1 等以养猪场废水为处理对象，研究了膜生物反应器0 v i b r ) 的处理效果，结果表明，在水力停留时间0 ：r t ) 为9 6 - 4 8 o h ，化学需氧量( c o d ) 和n i - h + - n容积负荷分别为0 2 2 9 和0 0 5 2 1 0k g m 3 d 的条件下，m b r 对c o d 和n i - h + - n的去除率分别为8 0 1 9 3 6 和7 6 8 9 9 7 。杨阳【5 】等优化了磷酸铵镁沉淀法( m a g n e s i u m - a m m o n i m n - p h o s p h a t e ，m a p )处理猪场废水的工艺条件，结果表明，出水氨氮浓度可降至2 2 7 4 m g l ，去除率能达到9 7 2 6 ，残余磷浓度可降为1 5 5 m g l 。梁文婷【6 】等在不同作用时间和p h 下，采用动态吸附方法，考察了氧化镁改性沸石对猪场废水的处理效果，结果表明：在最佳的p h 和作用下，改性沸石对1 绪论氨氮、总磷的去除率分别达到8 8 6 和7 6 2 。于丹【7 】在北方缺水地区利用猪场废水对冬小麦进行小区灌溉试验，分析不同水质及水量灌溉处理土壤剖面全磷和速效磷的时空分布特征，结果表明：采用未经处理的猪场废水多次灌溉后，过量磷素向下层土壤淋溶现象明显；高量厌氧水灌溉土壤耕层累积大量速效磷，易随地表径流污染周围水体，这两种类型的猪场废水不适于作为磷源进行农田灌溉。刘娜娜【8 】研究了垂直流人工湿地对猪场废水厌氧消化液的处理效果，人工沸石强化垂直流人工湿地系统n h 4 + - n 去除率可达到8 6 7 ；n h 4 + n 负荷低于2 1 1 9 n h 4 + - n ( m 3 d ) ，出水浓度能满足畜禽养殖业污染物排放标准( g b l 8 5 9 6 2 0 0 1 ) 的要求。王岩【9 】等研究了四种基质人工湿地不同组合净化养猪废水的能力，结果表明，处理效果最佳的基质组合的人工湿地n h 4 + - n 的去除率能达到9 0 。1 3 人工湿地概述1 3 1 人工湿地的概念根据 3 - 5 时即可认为碳源充足。温度。温度低于1 5 时，反硝化细菌的繁殖速度降低，导致硝化反应速度降低。反硝化反应的最适宜温度是2 0 4 0 。毒物。镍、n 0 2 一- n 、盐浓度过高都会抑制反硝化作用。( 4 ) 磷的去除人工湿地对磷的去除主要是以植物吸收、湿地填料的截留与吸附、微生物同化以及其在水体中的物理化学沉淀作用来完成的【2 们。磷是植物生长必须的营养元素，湿地植物在生长过程中，也可以直接吸收利用污水中的无机磷，一部分转化成a t p 、d n a 和r n a 等有机成分，一部分在植物体内富集，最后通过植物的定期收割而去除。有研究表明，植物微生物的同化是湿地磷去除的另外一条途径。在厌氧条件下，聚磷菌将储存在细胞中的磷通过水解释放出来，而在好氧条件下，聚磷菌则从污水中变本加厉、过量地摄取磷，在数量上远远超过其细胞合成所需的磷量。湿地中特殊的微环境，可以为聚磷菌提供其所需的厌氧和好氧不断交替微环境。填料的物理和化学吸附在湿地系统磷去除中发挥着最主要的作用 2 7 , 2 8 】。污水1 绪论中可溶性的无机磷化物很容易与土壤或者填料中的a 1 3 + 、f e ”、c a 2 + 等发生吸附和沉淀反应，一般认为，磷酸根离子主要通过配位体交换而被吸附到a l ”、f e ”离子表面的，中性或酸性环境条件下魁3 + 、f e 3 + 易于土壤或填料发生反应，而碱性条件则有利于c a 2 + 与土壤发生作用。不过基质作为一种吸附材料，它的饱和吸附容量是一定的。随着人工湿地运行时间的延长，湿地对污水中磷去除率会逐渐下降。还有大量研究发现，污水中被填料吸附的磷只是停留在填料的表面，污水中磷的浓度较低时，填料吸附的磷可能会再释放到污水中。1 4 人工湿地的国内外研究综述1 4 1国外人工湿地技术的研究进展1 9 0 3 年，英国约克郡e a r b y 州建造世界上第一个用于污水处理的人工湿地，是人工湿地污水处理技术的最早发展。直到2 0 世纪6 0 年代，人工湿地才作为一种污水处理技术被人们广泛研究和应用。1 9 5 3 年德国的一所研究所的s e i d e l博士发现芦苇能大量去除污水中的有机物和无机物，且能从污水中吸收重金属，揭开了人工湿地净化污水序幕【2 9 】。1 9 7 7 年，s e i d e l 与k i e k u t h 合作并由k i c k u t h提出根区法( t h er o o t - z o n et h e o r y ) 理论，这个理论的提出奠定了人工湿地处理污水的理论基础，并掀起了人工湿地研究与应用的“热潮 ，标志着人工湿地污水处理技术正式进入水污染控制领域。2 0 世纪7 0 年代以前的人工湿地系统大多数是将原来的天然湿地进行些改造，且常将湿地系统与氧化塘处理联用，以提高氧化塘系统的处理效果。2 0 世纪8 0 年代后，人工湿地则发展到由人工建造的、以不同粒径的砂石为填料的并栽种水生植物的处理系统，并由试验阶段进入应用阶段。到2 0 世纪9 0 年代后期，复合垂直流、间歇供水、地面无积水、处理能力更强的人工湿地被研制出来。人工湿地污水处理系统作为新的污水处理工艺，先后在美国田纳西州和英国剑桥召开了研讨会，提出了许多有关污水净化机理和处理系统参考设计规范及数据。1 9 9 6 年在奥地利维也纳召开的第四届国际研讨会标志着人工湿地系统作为一种独特新型废水处理技术正式进入环保领域【3 0 】。目前，人工湿地在欧美得到了广泛应用。据不完全统计，截至2 0 0 6 年欧洲有一万多座人工湿地，北美有将近两万座人工湿地，亚洲、大洋洲、拉美也建91 绪论成和投入使用了越来越多的人工湿地污水处理系统。1 4 2 国内人工湿地技术的研究进展人工湿地的一些优点，如基建投资和运行费用低、技术要求低、维护管理方便等，非常适合我国作为一个发展中国家的国情，尽管起步较晚，“七五 期间才开始对人工湿地展开研究，但在我国的发展速度较快。天津市环保科研所在1 9 8 7 年建成了我国第一个芦苇湿地工程，它脱氮除磷高效、稳定。1 9 9 0 年，国家环境保护总局华南环境保护研究所与深圳东深供水局在深圳白泥坑建造了占地1 8 9 亩，可处理7 0 0 0 人乡镇小区综合污水的人工湿地示范工程【3 l 】，其出水达到二级处理水平；北京市环科所则在北京昌平县建成了芦苇湿地处理系统，日处理量为5 0 0 m 3 。2 0 0 2 年，云南抚仙湖建成了相当于一个小型污水处理厂的人工湿地，日处理污水超过3 5 0 0 m 3 。在理论研究方面：清华大学的吴晓磊1 9 9 4 年发表的人工湿地废水处理机理一文以及1 9 9 5 年华中农业大学李科德等发表的 芦苇床系统净化污水的机理一文等较早的对人工湿地处理机理进行了阐述。现在人工湿地污水处理系统应用越来越广泛，主要应用在对生活污水、工业废水、含油废水、造纸废水、垃圾渗滤液、农业污水等的处理上，在河道湖泊富营养化控制和面源污染控制源污染【3 2 3 3 3 4 , 3 5 】方面也有应用。国内对人工湿地系统的研究和应用，取得了良好的社会环境效益，也取得了很多经验参数和理论数据，但是还有许多方面需要进一步研究，比如：( 1 ) 人工湿地结构的改变对湿地去除猪场废水中污染物存在的影响。( 2 ) 对人工湿地处理养猪场厌氧后的废水的效果及可行性方面的应用进行研究。1 5 课题来源本论文研究的课题来源于国家“水体污染控制与治理 科技重大专项：沙颍河流域面源污染控制关键技术研究与示范子课题，课题名：畜禽养殖粪污治理关键技术研究与示范，课题编号：2 0 0 8 z x 0 7 0 1 0 0 0 4 。1 6 研究内容1 0i 绪论针对猪场废水具有有机污染物和氨氮浓度高、悬浮物含量高等特点，单一的处理方式很难达到国家排放标准，而且处理成本高致使大多数养殖企业无法承受等问题，本试验选择处理效果好、氮磷去除能力强、运转维护方便、工程基建和运转费用低以及对负荷变化适应能力强的人工湿地处理猪场废水厌氧消化液。文中以波形潜流人工湿地作对照，考察了改进型波形潜流人工湿地对猪场厌氧消化液的处理效果，为人工湿地处理猪场废水方面的应用提供借鉴和指导依据。主要研究内容包括：1 6 1填料吸附氮磷性能研究和进水碳氮比优化( 1 ) 灰砖填料对氮、磷的静态吸附试验研究，考察了填料的氮磷吸附性能。( 2 ) 研究了进水的c o d n 对水平潜流人工湿地处理猪场废水的影响。1 6 2 改进型波形潜流人工湿地对猪场废水的净化效果的研究( 1 ) 选择h r t 分别为2 d 、3 d 、4 d 、6 d 和8 d ，研究不同h r t 下i w - s f c w 对猪场废水中的c o d 、t n 、n h 4 + - n 和1 1 p 等主要污染物的净化效果。( 2 ) 在h r t 为4 d 的条件下，研究了i w - s f c w 与w - s f c w 系统对猪场废水中c o d 、t n 、n h 4 + o n 和t p 等污染物的去除效果。1 6 3强化脱氮除磷措施对潜流人工湿地处理猪场废水效果的影响( 1 ) 曝气充氧对改进型波形潜流湿地处理污水效果的研究。控制h r t 为4 d ，采取连续曝气的运行方式，将曝气头置于2 撑和铺采样管中层位置，即选择在湿地系统的前端和中后端曝气，曝气强度为3 0 0 - 4 0 0 m l m i n ，研究i w - s f c w 对猪场废水污水中的c o d 、t n 、n h 4 + - n 和1 1 p 等主要污染物的净化效果。( 2 ) 补充碳源对水平潜流人工湿地处理猪场废水脱氦效果的影响。在h r t为4 d 的条件下，连续进水，采用两处进水的方式，分别在湿地前端和四分之三位置进水，考察湿地系统对猪场废水中的污染物的去除效果。1 7 创新点人工湿地处理污水等方面的研究已经很多，大都侧重于填料的选择、植物的筛选等方面对湿地系统处理效率的影响，但填料选择、植物筛选受各地区条件不同而推广应用较难；在湿地结构的改变是否会影响湿地系统对污水的处理l 绪论效果方面的研究较少，也有研究中探讨了波形潜流湿地对污水的处理效率，试验结果表明波形潜流湿地对污染物的去除率高于水平潜流湿地对污染物的去除率，但存在氨氮去除不彻底的问题。本试验的创新之处在于：( 1 ) 本课题组已筛选出在我国分布较广且适用于人工湿地处理猪场废水的植物，在本研究中加以应用。( 2 ) 本试验中选择的填料灰砖块是一种建筑垃圾，成本低廉，来源广泛，氮磷吸附性能强。( 3 ) 改进型波形潜流人工湿地( n v - s v c w ) 加宽了传统波形潜流人工湿地( w - s f c w ) 中不足1 0 m m 宽的导流板为2 5 0 r a m 宽的导流墙，其水流流态与w - s f c w 一样呈波形流态。又由于导流墙有一定的宽度，水流在经过导流墙时，需经过一段时间才能完全流过，这在一定程度上延长了水流与植物根系的接触时间，有利于植物根系传输的氧气扩散到水流中，增加水中溶解氧，更好地降解废水中污染物。1 22 材料与方法2 材料与方法2 1试验用填料对磷、氨氮吸附性能的研究2 1 1 试验材料试验用填料取自郑州大学某建筑垃圾堆中，全称是粉煤灰加气混凝土砌块，在试验中简称为灰砖块，其典型原材料配方如下：粉煤灰：含量比例7 0 ；水泥：含量比例1 3 8 ；石灰：含量比例1 3 8 ；磷石膏：含量比例2 9 6 ；铝粉：含量微量。为了与湿地填料的粒径保持一致，取得的灰砖块粉碎为粒径为3 0 , - , 5 0 r a m 和10 - , 3 0 r a m 的小块烘干后备用。2 1 2 试验设计2 1 2 1 吸附等温试验称取填料2 5 9 ，置于2 5 0 m l 锥形瓶中，分别加入浓度为l 、5 、2 0 、5 0 、1 0 0 、2 0 0 、4 0 0 、6 0 0 、8 0 0 、1 0 0 0 m g l 的k h 2 p 0 4 ( 或1 、5 、1 0 、5 0 、1 0 0 、2 0 0 、4 0 0m g l n h 4 c 1 ) 标准溶液1 5 0 m l ，密封后放于恒温水浴振荡器中以1 3 0 r r a i n ，温度2 5 1 震荡2 4 h ，取出后在3 0 0 0 r m i n 转速下离心，测定上清液中磷( 氨氮) 含量。2 1 2 2 氮磷吸附饱和填料解析试验称取磷( 氨氮) 吸附饱和后的填料1 0 9 ，放置于2 5 0 m l 锥形瓶中，加入1 5 0 r i d蒸馏水，密封后放于恒温水浴振荡器中以1 3 0 r r a i n ，温度2 5 1 震荡。震荡时间分别为1 、5 、9 、2 2 、2 9 、3 3 、4 7 、5 3 h ，取出后在3 0 0 0 r m i n 转速下离心，测定上清液中磷( 氨氮) 含量。2 1 3数据分析方法和计算公式t p 采用钼锑抗分光光度法测定；n h 4 + - n 采用纳氏试剂比色法测赳3 6 1 。吸附量与去除率计算式为：9 ，：( c o - c e ) r2 材料与方法，1月、去除率( ) ：兰立型1 0 0c o其中，c o 、c 。分别是溶液磷( 氨氮) 的初始浓度和平衡浓度，m g l ；v 是吸附试验中所取溶液体积，l ；m 为吸附剂的用量，g 。试验数据采用l a n g m u i r 吸附等温式与f r e u n d l i c h 吸附等温式进行分析。l a n g m u i r 方程的线性形式为：旦：旦+ 二l 一吼g 。k 工q 。其中，c 。为吸附平衡时溶液中磷( 氨氮) 的浓度，m g uq 。为平衡吸附量，m g g ，q m 为最大吸附量，m g g ；k l 为l a n g m u i r 常数，( l m g ) 。以c 。为横坐标，c 相。为纵坐标作图，若得到一条直线，说明吸附过程符合l a n g m u i r 吸附等温模型，由线性方程可推出q m 和k l 的值。f r e u n d l i c h 方程的线性形式为：li ng 。= i nk ，+ 二l i len其中，q e 为平衡吸附量，m g g ；k f 和l n 是f r e u n d l i c h 常数。以l n c 。为横坐标，l n q 。为纵坐标作图，若为直线，则吸附符合f r e u n d l i c h 吸附等温模型，由线性方程可求出k f 和1 n 。2 2 碳氮比对水平潜流人工湿地处理猪场废水效果的影响2 2 1 试验材料小试试验采用水平潜流型人工湿地，其由透明的有机玻璃加工而成，长、宽、高分别为8 0 0 m m 、2 0 0 r a m 、6 0 0 m m ，湿地单元前端与后端各1 0 0 m m 区域分别为进水区和出水区。该湿地系统中填料级配和植物种植与改进型波形潜流人工湿地一致，在2 3 节中叙述。处理区中等距离设置采样管，共设置三根取样管。采样管为中层和下层穿孔的q o4 0 的p v c 管。2 2 2试验设计试验分3 个处理，分高、中、低碳氮比，即c o d ：n h 4 + - n 分别为7 ：l ( 1 撑) 、5 ：l ( 2 撑) 、2 ：l ( 3 撑) 。保持进水中n h 4 + - n 浓度基本一致，控制不同的c o d 浓度，实现碳氮比不同的目的。反应器先稳定一个月，用于植物生长及微生物群落的1 42 材料与方法形成，之后以h r t 为4 d 连续进水连续出水的方式运行。固定周期取小试试验系统的进出水，测定水样中c o d 、t n 、n h 4 + - n 、t p 浓度，用于分析小试试验系统的处理效果。试验进水水质与实测碳氮比见表2 1 。表2 1 各系统进水水质2 2 3 水样分析方法水平潜流人工湿地系统经培养稳定后，于2 0 1 0 年1 1 月开始取样监测，水样分析方法2 3 4 节中表2 3 所示。2 3改进型波形潜流人工湿地对猪场废水净化效果的研究2 3 1 改进型波形潜流人工湿地结构设计原理改进型波形潜流人工湿地( i w - s f c w ) 在传统波形潜流人工湿地( w - s f c w )基础上给予改进。它加宽了传统波形潜流人工湿地中不足1 0 m m 宽的导流板为2 5 0 m m 宽的导流墙，其水流流态与w - s f c w 一样呈波形流态。又由于导流墙具有一定的宽度，水流在经过导流墙时，需经过一段时间才能完全流过，这在一定程度上延长了水流与植物根系的接触时间，有利于植物根系传输的氧气扩散到水流中，以期达到增加水中溶解氧，更好地降解废水中污染物的目的。2 3 2 试验材料2 3 2 1i w - s f c w 设计试验中改进型波形潜流人工湿地由透明的有机玻璃板粘合而成，长、宽、高分别为1 6 0 0 m m 、4 0 0 m m 、6 0 0 m m ，湿地单元前端与后端各1 0 0 m m 区域分别2 材料与方法为进水区和出水区。导流墙与湿地同宽，长高均为2 5 0 r a m 。试验装置示意图如图2 1 所示。图2 1 试验用改进型波形潜流人工湿地系统平面图与剖面图2 3 2 2 取样管布设湿地单元处理区中6 个隔室内的正中部位分别设置采样管以方便沿程采样及测定沿程氧化还原电位。采样管为q4 0 的p v c 管，在中层和下层位置穿孔以使水流通畅。从进水至出水方向依次编号为l 拌，2 撑，3 群，甜，5 撑和甜，2 样和5 撑分别放置于两块导流墙上部。2 3 2 3 湿地填料本试验中改进型波形潜流人工湿地单元采用砾石与灰砖作为填料，砾石和灰砖以体积比l ：l 混合，填料铺设高度为5 5 0 m m 。填料分三层：底层铺设2 5 0 m m厚的粒径为3 0 5 0 m m 的砾石和灰砖，中部铺设2 0 0 m m 厚的粒径为l o , - - 3 0 m m 的砾石和灰砖，上层铺设l o o m m 厚的粒径为5 8 m m 的陶粒、珍珠岩和粗砂的混合物，代替传统的土壤层种植植物。而进出水区则铺设粒径为5 0 r a m 左右的鹅1 62 材料与方法卵石，鹅卵石粒径较大，有利于进出水。2 3 2 4 湿地植物本研究中应用本课题组筛选出来的水生植物齿果酸模和大狼把草，选择冬夏季植物轮种方案。冬春季种植耐寒植物齿果酸模，夏秋季植物大狼把草。在湿地单元中种植密度均约2 5 3 0f f j m 2 。运行期间湿地单元2 0 1 0 年3 月到5 月种植植物齿果酸模，6 月到1 0 月种植大狼把草。2 3 3 试验设计试验开始于2 0 1 0 年3 月，四套不同结构的装置同时运行。编号分别为改进型波形潜流人工湿地( r w s f c w ) 为单元一，传统波形潜流人工湿地为单元二，剩下两块为水平潜流人工湿地，分别编号为单元三、四。运行过程中，单元一二三种植植物，单元四不种植植物，作为植物对各污染物去除率影响研究的对照。试验以单元二w - s f c w 为参照，考察单元一1 w - s f c w 对猪场废水的处理效果。两个人工湿地在室温条件下运行，连续进水，运行期间保持水力停留时间( h r t ) 为4 d 。运行期间跟踪监测湿地系统进水、出水的c o d 、t n 、n h 4 + - n 、1 1 p 浓度以及湿地沿程n 0 2 - n 、n 0 3 - n 、o r p 的变化。研究用水为某猪场经厌氧处理后的猪场废水，污水c o d 浓度为1 3 6 1 - 2 4 4 8 m g l ，n i - 1 4 + - n 浓度为5 7 2 - 8 3 6 m g l ，t p 浓度为1 3 3 - 3 3 8 m g l ，p h值为7 8 。实际应用时用自来水稀释到表2 2 所要求的水质指标，根据需要分别用蔗糖、硫酸铵、磷酸二氢钾调整c o d 、t n 、n i - 1 4 + - n 、t p 的浓度。表2 2 试验用污水水质状况( m g l )2 3 4 测定方法及主要仪器水质分析项目有c o d 、t n 、n h 4 + - n 、t p 等等，分析方法均按照水和废1 72 材料与方法水监测分析方法第四版进行【3 6 1 ，具体分析方法见表2 3 。表2 3 主要监测项目及分析方法项目名称测定方法c o dt nn h 4 + - nt p0 l 冲n 0 2 - nn 0 3 - np h浊度重铬酸钾消解硫酸亚铁铵滴定法碱性过硫酸钾消解紫外分光光度法纳氏试剂可见分光光度法过硫酸钾消解钼锑抗分光光度法哈纳h 1 8 4 2 4 p h 计直接测定法可见分光光度法紫外分光光度法哈纳h 1 8 4 2 4 p h 计直接测定法可见分光光度法主要仪器设备：l a bt e c hb l u e s t a r 紫外可见分光光度计、7 2 2 s 可见分光光度计、哈纳h 1 8 4 2 4 p h 计、w m x a 微波闭式消解仪、b s l 2 4 s 分析天平、j m 2 0 0 1电子天平、水银温度计、x m t h 数显温控仪、d z f 6 0 5 0 真空干燥箱、s h z 8 2水域恒温振荡器、8 0 2 离心沉淀机等等。2 4 水力停留时间( h r t ) 对i w s f c w 处理猪场废水的影响2 4 1试验材料试验采用改进型波形潜流人工湿地单元，即2 3 节中的单元一。进水水质见表2 2 。2 4 2 试验设计通过控制不同的进水流速使污水在湿地系统中停留不同的时间。在每个不同的水力停留时间下，依据水力停留时间选择每隔几天取样一次，例如h r t 为4 d 时，4 d 取样一次。每个停留时间下取样“次，对进水、出水中c o d 、t n 、n i - h + - n 、t p 浓度进行监测。在每次改变水力停留时间后稳定一周后在取样测定。1 82 材料与方法2 4 3 水样分析方法水样分析方法2 3 4 节中表格所示。2 5 补充碳源对水平潜流人工湿地处理猪场废水脱氮效果的影响2 5 1 试验材料试验采用水平潜流人工湿地系统，即单元三。其由透明的有机玻璃加工而成，长、宽、高分别为1 6 0 0 r a m 、4 0 0 r a m 、6 0 0 m m ，湿地单元前端与后端各1 0 0 m m区域分别为进水区和出水区。湿地系统中填