（环境科学专业论文）人工湿地系统对污水处理厂二级出水净化实验研究.pdf

独 创 性 声明 本 人 所 呈 交 的学 位 论 文 是 在 导师 指 导 下 进 行 的研 究 工 作 及 取 得 的成 果 。尽 我 所 知 ，除特 别 加 以标 注 的地 方 外 ，论文 中不包 含 其他 人 的研 究成 果 。与我 一 同工作 的 同 志对本文 的研 究工作和 成果 的任 何贡献均 已在论文 中作 了明确 的说 明并 已致谢 。 本论文及 其相关 资料若 有 不实之处 ， 由本人 承担一切相关责任 论文作者签 名 : 妙碎 子”乡日 学位 论文使用授权 声 明 本 人弓 喃沐 在 导师 的指 导下创 作完成 学位论 文 的知识产权 归西安理工大 学 所有 ，本人今后在使用或发表该论文涉及 的研 究 内容时 ，会注 明西安理工大学 。本人 作为学位 论文著 作权拥 有 者 ，同意授权 西安理 工大 学拥 有 学位 论文 的部分使用权 (在 以下 “口 ”中标 明 ，同意 的划 “矿” ，不 同意 的划 “x ，) ，即 : 本 人 提 交 的 印刷 版 和 电 子版 学位 论 文 ， 口 学校 可 以采 用 影 印、缩 印或 其他 复制手 段 保存 ; 口 学校 可 以将 学位 论 文 的全 部 内容 编入 公开 的数据 库 进 行 检 索 ; 口 学校 可 以将 学位 论 文 的摘 要 编入 公 开 的数 据 库进 行检 索 ; 口 学 校 可 以将 公 开 的学位 论 文 或解 密 后 的学位 论 文 作 为 资料 在 图书 馆 、资料 室 等 场所及校 园 网上供 校 内师 生 阅读 、浏 览 。 本 人 学 位 论 文 全 部 或 部 分 内容 的公布 (包 括 刊 登 ) 授 权 西 安 理 工 大 学研 究 生 学 院 办理 。 (保密 的学位 论文在 解密后 ，适用本授权说 明) 论文作者签名 : 导 师 签 名 二 鱼吐一 、 l o $;月中 摘要 论 文题 目: 学科专业 : 研究 生 : 指导教师 : 人工湿地系统对污水处理厂二级 出水净化实验研 究 环境科学 张磊 蔡明 副教授 签名 : 签名 : 私沁 琢叫 摘 要 我 国现行 的城市污水处理厂 出水水质大多仍属于劣 v 类 ，出水仍然不 能够直接 回用 ， 需要进一 步净化 。由于传统 的污水 回用技术设施复杂 、运行成本高 ，对于大 多数污水 处理 厂 是难 以承受 的 。人工湿地技术正是一种净化效果好 、投 资小 、运行 费用低 的处理技术 ， 故本文针对污水厂 出水可生化性低 、出水仍属于劣 v 类 的特 点 ，开展人工湿地技术处理净 化污水厂 出水研 究 。 本文采用模型试验 的方法 。 首先在户外建立人工湿地模型装置 ， 构造两级人工湿地系 统 。其 次 ，进行人 工湿地净化污水处理厂 出水的试验研究 ，研 究基质 、微 生物和植物作用 对 污染物去除效果 ，对人工湿地 的启动阶段 、季节变化 、污染物变化 、影 响湿地净化 效果 的因素等进行 了监测分析研究 。主要研究结果如下: (1 )在基质和微 生物共 同作用下 ，人工湿地系统对污水氨氮 、总氮 、总磷 的平均去除 率为 6 8 .2 % 、1 8 .8 % 、2 9 .8 % ; 人工湿地系统 ph 值大部分分 布在 6.5 一 7.5 之 间，可 以满足 微 生物 的生 长 环 境 ; 溶 解 氧 在 0 . 4 5 一 3. 7 4 m 叭之 间 n h 3一的去 除率 较 高 ，溶 解 氧 在 0 . 4 5 m 叭以内 t n的去 除率最 高，t p 的去除率随溶解氧 的变化不大 ，去 除率均在较 低 的 水 平 。 (2 ) 在 基质 、微 生物 和植 物共 同作用下 ，人 工湿地 系 统对 污水 c o d 、氨 氮 、总氮 、 总磷 和大 肠 杆菌 的平均 去 除率 为 3 4 .8% 、5 9 .3 % 、7 2 .4% 、7 0 .8%和 94% ，b o d s检 测 不 到 ; ph 值 在 6.5 一 8.5 之 间 ，系统对 污 染物有较好 的去除效果 ，可 以满 足 微 生物 的生长 环 境 ; 从 垂 向分层 处 理 效 果来 看 ， 氨 和磷在各层 中的效果趋于均 匀 ， 并没有 出现 明显 的分层 现 象 。 (3 )由于 污 水 厂 出水碳源 不足 ，影 响脱氮 的效果 ，故添 加碳源 能够 提 高 人工湿 地 的脱 氮 效率 。在 水力 负荷 h l = 0 . 4 3 而 d ，c/n= 1 0的条件下 厂in的去 除率 达 到 5 7 % ，再添 加碳 源 则去 除率趋 于 稳 定 。在碳源 充足 (c/ n 10 )的条件下 ，水 力 负荷 对 脱 氮 效率 的影 响较 大 ，水 力 负荷 h l = 0. 4 3 而 d 较适合 。 (4 )生物塘 好 厌氧 状 况对 人工湿地 系统 t n 去除率有 影 响 。当秋冬季 人 工湿地 对 t n 的去 除率 很低 的 时候 ，平均去 除率 在 2 5 % 左右 ，当生物 塘 改为厌氧 塘 时 ，进 入冬 季 人 工 湿 地对 in的去 除率 可达 到 4 5 % ，提 高 2 0个 百分点 。但 对 t p 的降解 效果 无 明显变 化 。 (5 )两 级 人工 湿 地 组合对 污 染物有较好 的净化效果 ，二 级在 一级 人 工湿 地 系统 处 理 的 基 础 上 可 以提 高 去 除率 2 0 %一3 0 % 。 关 键 词 : 人 工湿 地 ; 污 水处理厂 出水 ; 净化 西安理工大学硕士学位论 文 t itl6 :s t u d y o n t r e a t m e n t o f e f f l u e n t in m u n !c !p a l s e c o n d a r y s e wa g e p l a n t w!t h c o n s t r u c t e d we t l a n d m a j o r: e nv iro n m ent a l s ci ences n a m e : l e i z h a n g s ig n a tu re :_ s u p e r vis o r: a s s o c ia te p ro f. m in g c a i s ig n a tu re :_ a b stra ct c h i n a， 5 eu r r en t u r ba n sew a g e t r ea t m en t p la n t ef f l u en t qu a lit y 15 still a m o stly p o or v ， t h e w a t e r 15 still not a b le to di r e etly r e u s e， 50 needs f u r ther to p丽 f y .b eea u se t h e t r a d itional sew age reuse teeh n ologies a r e f a cili ties eom plex ，h i g h ru n ning eos t s，f o r t h e m a j or i t y of the sew age tr e a t m en i p la n t 15 u nb ea r a ble . c o n st r ueted w etla nd teeh no lo g y 15 a t r ea t m en t teeh no lo g y ， it is a good p诚 f y ing ef f eet， sm all in v estm en t ， low r u n n i ng cost.t heref o re t h is 叭 iele in view of t h e sew age pla n t em uent m ig h t t h e bioehem is仰 low ， t h e w a t er lea k a g e still belong poorv ， to ea j 汀y o n w etla nd p 而 f i ea t io n o f sew ag e w a t er r e sea r eh . t h is a r tiele u se s t h e m od el e xp e r im e n t m eth o d 一 i r s t es t a blish m en t eo n str uete d w e t la nd m o d e l in s t a l lm en t in o u t do o rs，str uct u re b 刃0 stag e co n s t r ueted w etla nd sy s t em s. n ex t，ear r ie s o n ex p er i m en t in th e eo n st r ueted w e t la nd p u r if i ca t io n sew ag e p la n t e mu en t ，st u d y r e m o v a l ef f ec t o f p o llu tan ts in d if f ere n t sea s o n s， to t h e eon str u cted w e t la nd u l i lo a din g p h a s e ，sea s o n a l v a r ia t io n ，p o llu t a nt eh a ng e，t h e in f lu en ee w etla nd p u r if i ea t io n ef f eet f a cto r a nd 50 o n h a s eo n d u cted t h e m o n i t o r a na l y sis r e sea r eh .f in a lly ， a ceo r din g to sm a ll te s t r e su lts， th e p r e lim in 柳 d e sig n s uits t h e sew a ge tr e atm en t p la n t w a t er lea ka g e eo n st r uet e d w et i a nd p r oe e ssin g dem onstra t ion pro j eet， m a y ta k e t h e ref e r e nee f o r t h e exper i m enta l r e sea r ch .t he results w er e as f ollo w : (1) in t h e m a t r i x a n d m ier o 一 or g 耐 sm s w or k ing toget h er ， constr u cted w etla n d system f o r w a s tew ater n h 3一 ，t n ，t p ，th e a ver a g e rem o v a l r a te 15 6 8 .2 %，18 .8 %， 2 9 .8 %; in m o st o f th e p h v a lu e 15 b et ween 6 .5 to 7 .5 ， t h e en v ir o n men i to m ee t t h e g r o w th o f m ier o一 o r ga nism s ; dissolved oxygen in t h e bet w een 0. 45 to 3. 74m g / l ， the hig h er r e m ova l ra t e ofn h 3一 n ， dissolved oxygen i n t h e w i t h in 0. 45m g / l，t h e t n rem ova l r a t e oft h e hig h est， tp r e m ova l ef f i ciency w it h lit t le eh a ng e in d isso lv ed o x y g en ， t h e r e m o v al a r e a t a lo w er lev e l. (2) in the m a t r i x，m iero一 or g 耐 sm s a n d pla n ts w or k ing together ， c onst r ueted w etla n d sy stem f or sew ag e b o d s，c o d ， n h 3一 n ， t n， t p a nd e . eo li， t h e av erag e r e m o v a l r a te 15 10 0 %， 3 4 .8 %，5 9 .3 %，7 2 .4 %，7 0 .8 %a nd 9 4 %;p h v a l u e b etw een 6 .5 to 8 .5 ，t h e sy stem h a s b et t er rem o v a l o f p o llu t an ts to m ee t t h e g r o w th o f m ier o 一 en v ir on men i;t he t r eatm en t ef f eet f r om th e a b st r a c t v er t iea l str a tif i e a t io n o f v iew ， a n u no n ia a nd p h o sp h o r u s lev e ls ten d to resu lt in u nif o r m，t h er e h a s b een n o o b v io u s st r a t if i ea t io n . (3)w ast e w a t er t rea t m en i pla n t ef f i uent due to la c k of ca r bon sou r ee iduenee the ef f eet of n i t r og en r e m o v al ef f ieien ey ，t h eref o re a dd a ca r bo n so u r ee ea n im p ro v e t h e n itr o g en r e m o v al ef f ieien ey in w in i er. in t h e h y d rau lie lo a din g 15 0 . 4 3m/ d ， c/ n=10 ， t n r e m o v a l ra t e reach ed 5 7 % ， a nd t h en ad d t h e earb o n so u r ee w h ile t h e r e m ov al ra t e sta bilized .u n d er t h e co n d itio n s o f a b u n da n t ea r bon (c /n 10)，hyd r a u lie loa d i n g on n i t r ogen rem ova l ef f i eieney ha v e a g r ea t er im p a c t， h y d ra ulie lo a din g 15 a bo u t 0 . 4 3m/ d 15 班ore su it a ble . (4) a erobie a n d a n a e robie eond i t i ons in bio一ond to be inf l uen i ial t o t h e t n elim ina t ion r a te. wh en th e co n str u cted w etla nd s o n th e t n r e m ov a l ra t e a r e lo w in t h e au tu nln a nd 诚 址 er，th e a ver a g e r e m o v a l ra t e o f a bo u t 2 5 % ，w hen ch a ng ed to a naer o b ic p o n d ，t n r e m o v a l ef f ie ien cy ea n reach 4 5 %，in er e a s ed b y 2 0 p ereen i ag e p o in i s. h o w ev er，t p rem o v a l ef f ie ien ey 15 n o slg n if i ea nt eh a ng e . (5) c om bina t ion of 勺 刀 0 eonstr u c t ed w etla n ds ha v e bet t er p而 f i ea t i on ef f eet of pollu t a n ts， a f ter t wo 一 lev el t r ea t m en t ， ea n im p r o v e t h e r e m o v a l r a te o f 2 0 %一 3 0 % k c y w o rd s: c o n str u c t ed w etla nd ;s ew ag e t r ea t m en t p la n t ef f iu en i;p 诚 f i ea t io n 二 目录 -一- 目 录 1 绪论 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ， . . . . . . . . . . .1 1.1 研 究课题 的提 出 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1 1 . 2 城 市污 水 处理概况 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 1. 2.1 我 国污 水 处理现 状 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 1. 2. 2 城 市污水 处理厂水质 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 1. 3 人 工湿地技术在污水处理厂 出水净化 中的应 用 . . . . . . . . . . .， . . . . . . . . . . . .3 1. 3.1 城 市污水厂 出水常规 回用技术及存在 问题 . . . . . . . . . . . . . . . . . . : . . . . .3 1 . 3. 2 人工湿地技术净化污水处理厂出水 的应用 . . . . . . . .、 . . . .， . . . . . .5 1. 4 研 究 目的和意义 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6 1 . 5 本课题研 究的主要 内容 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6 2 人工湿地概述 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7 2.1 人 工 湿 地 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7 2.1.1 湿 地 的定义 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7 2.1. 2 湿 地 的生态功 能 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ， 7 2.1. 3 人 工湿 地 的定义 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8 2 . 2 人工湿地 的分类 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8 2. 3 人 工 湿 地 的组 成 及 作用 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9 2. 3.1 湿 地 基质 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9 2. 3. 2 水 生植物 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ， . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1 0 2. 3. 3 湿 地 微 生物 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 2 2. 3. 4 湿 地酶 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 3 2. 4 人 工湿 地 的去污机理 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 4 2. 4.1 b o d s及 5 5 的去 除 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 4 2 . 4 . 2 氮 的去 除 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .， . . . . .， . . .巧 2. 4. 3 磷 的去 除 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 5 2. 4. 4重 金 属离子 的去除机理 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1 5 2. 5 人 工湿地 存在 的 问题及发展趋势 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1 6 2. 6 湿 地 水力 学特 征分析 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ， 1 7 2. 7 人工湿地 设计 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 8 2.7.1 湿 地 面 积 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 8 2.7. 2 湿地深 度 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 9 2.7 . 3湿地 长 宽及其 比例 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 0 2. 7. 4 水 力停 留时 间 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ， . . . 2 0 3 实验 设计 与方 法 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 1 西安理工 大学硕士学位论 文 3.1 研 究对 象 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2 1 3. 2 试 验 装 置 及 工 艺 设 计 . . . . . . . . . . . . . . 2 1 3. 2.1 人 工湿 地 植物 的选择 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 1 3. 2. 2 人 工 湿 地 填料 的选择 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .、 . . . . . . . . . . .2 2 3. 2. 3 人 工 湿 地 床 的选 型 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 2 3. 2. 4 实验 设计 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 2 3. 2.5 工 艺 流 程 . . . . . . . . . . . . . . . . .， . .2 5 3. 2 . 6 进 水 水 质 . . . . . . . . . . . . . . . . . .2 5 3. 2.7 进 水 方 式 . . . ， ， . . . . ， . . . . ， . . . . . . . . . . . . . . .， . . . . . . . . . . . . . . . . .2 6 3. 3 水质 指标 的测 定方 法 . . . . . . . . . . .， . . . ， . . . ， . ， . . . . . 2 6 4 人工湿地系统对污水 的净化效果研究 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .， . .， . . . .2 7 4.1 水温 、ph 、d o 、 电导率 的变 化 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ， . . .， .， ， ， 27 4.1 .1 水 温 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .27 4 .1 .2 p h. . . 2 8 4.1 . 3 溶 解氧 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .、 . . . . . . . . . . . . . . . . .28 4.1 . 4 电导率 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29 4 .1 .5 小 结 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .30 4 . 2 基 质微 生物 共 同作用 下对污染物 的净化 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 0 4 . 2.1 人工湿地 系统对各种污染物的去除效果 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .3 0 4 . 2. 2 ph 值 对 脱氮 除磷 的影 响 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .3 4 4. 2 . 3 溶 解 氧 对 脱氮 除磷 的影 响. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 6 4 . 2. 4小 结 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38 4 . 3 基 质微 生物植物共 同作用下对污染物 的净化. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .3 8 4 . 3.1 人 工湿 地 系统对 各种污染物 的去除效果 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .3 8 4 . 3. 2 ph 值 对 脱 氮 除磷 的影 响 . ， . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 5 4 . 3 3 人 工 湿 地 不 同深 度 的净 化效果 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ， . . . . . . . . 4 6 4 . 3. 4小 结 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .48 4 . 4 本 章 小 结 . . .， . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .48 5 人工湿地系统影 响因素研究 . . . . . .