（环境工程专业论文）塘湿地生态系统对微污染水体的去除机制研究.pdf

碧季戈学。4 级硕十论文塘碰地生态系统对微污染水体的去除机制研究 塘湿地生态系统对微污染水体的去除机制研究 摘要 作为崇明乃至上海的生态示范基地、“全球生态村5 0 0 佳之一 的 前卫村，其绿色辐射已经日趋突出，而随着游客的日益增多，前卫村 的景观湖中心湖也逐渐呈现出可承载能力差、易受污染的缺点， 水质日益变坏。 针对这种情况，我们提出了以生态塘+ 湿地的组合工艺来处理湖泊 水的方案这种工艺在国内外应用很少，作为一种新的尝试，我们进行了 近一年的试验，研究了崇明地区特定的气候、土壤条件下，复合生态系统 对微污染湖泊水的处理效能与特性，分析了温度、进水浓度、水力负荷 等因素对污染物去除率的影响，在整个小试实验过程中，也初步掌握了 有关人工湿地系统的维护和管理措施 此种复合人工湿地运行初期控制水位和水力负荷以及天气情况对 植物生长都是非常重要的我们是在3 月份的时候把植物植进人工湿地 系统模型中的，其中有一段时间连日下雨，我们也没有及时排水，植物长 势受到一定影响这说明水力负荷的控制对植物生长有着一定的影响 而在相同的水力负荷下，植物生长良好的人工湿地水处理效果要明显高 于植物生长状况差的人工湿地，污染物去除效率与植物生长的优劣呈正 相关关系此外，由于装置比较小，需要在进、出水口采取必要的调控措施， 以保证系统的水质稳定 碧季戈学。4 级硕七论文塘腥地生态系统对微污染水体的去除机制研究 试验数据分析结果表明，水力停留时间在3 天和5 天时，系统对微污 染水体的去除率较高，对c o d c ，的去除率为1o 4 0 ，对t s s 的去处率 在3 5 9 0 之间，n h 4 + 一n 的浓度去除率为lo 5 0 ，t n 的浓度去除 率为3 5 , - 一6 5 ，t p 的浓度去除率为1 0 - - 5 5 由于装置过小，很容易受外界因素影向，所以系统在一段时间内体 现出了极度的不稳定性经过长期的试验，测试数据分析，表明：系统 对t s s 的去除效果最为显著，这是由于氧化塘中藻类对有机颗粒的吸收 和湿地中陶粒的强力吸附作用所致：温度和水中d o 值对污染物的去除 率也有很大的影响，温度的降低直接导致微生物活性的降低，从而使去 除率下降c o d 。，和n i - h + 一n 的去除率随着水力负荷率的增加而呈现降 低的趋势，而总磷的去除率则与进水浓度呈现出一定的负相关关系 关键词：生态塘，人工湿地，水力负荷，有机物去除 i i 塘湿地生态系统对微污染水体的去除机制研究 s t u d yo nr e m o 、a i ，m e c h a n i s m0 fl i g h t p o u 。u n 0 nw r 脓qe c o l o g i c a l a b s t r a c t t h eq i a n w e iv i l l a g ew h i c hi sf a m o u sa so n eo ft h ef i v eh u n d r e db e s t e c o l o g i c a lv i l l a g e i s s h a n g h a i se c o l o g i c a l b a s ei n c h o n g m i n g i t s r a d i c a l i z a t i o no ne c o l o g i ch a sb e e nm o r ea n dm o r eo b v i o u s b u tb a s e do f t h em o r ep e p l ev i s i t i n g ，t h eb i g g e s t l a n d s c a p e l a k e - - t h ec e n t e rl a k e ， h a ss h o w nt h ec h a r a c t e r i s t i co fb a dl o a d i n gc a p a b ili t y , e a s yt ob ep o l l u t e d ， t h ew a t e rq u a l i t yi sw o r s ea n dw o r s e b a s e do nt h i s c a s e ，w ep u tf o r w a r dt h et e c h n i c so fe c o l o g i c a l p o n d w e t l a n dt r e a t m e n ts y s t e mt oc o n t r o lt h ep o l l u t i o no fl a k e s i n c et h i s t e c h n i c sw a sa p p l i e d v e r y l i t t l ei nd o m e s t i co ra b r o a d ，a sak i n do f t r y , t h eo p e r a t i o nl a s t e da b o u to n ey e a rr o u n da n dt h er e s e a r c hd e t a i l s i n c l u d e d ：( 1 ) t h ep e r f o r m a n c ea n dc h a r a c t e r i s t i co fe c o l o g i c a ls y s t e mf o r i l l 碧毒戈学。4 级硕+ = 论文塘腽地生态系统对微污染水体的玄除机制研究 c o n t a m i n a t i v es u r f a c ew a t e ru n d e rt h es p e c i a lc l i m a t ei nc h o n g m i n g ；( 2 ) t h ei n f l u e n c e so ft e m p e r a t u r e ，i n f l u e n tc o n c e n t r a t i o n ，h y d r a u l i cl o a d i n g a n do r g a n i c l o a d i n go np o l l u t i o nr e m o v a l i nt h ep r o c e s so ft h ew h o l e e x p e r i m e n t a t i o n ，t h em a i n t e n a n c ea n dm a n a g e m e n to fe c o s y s t e mh a db e e n s u m m a r i z e dt os o m ee x t e n t i ti si m p o r t a n tf o ri tt oc o n t r o lw a t e rl e v e la n dh y d r a u l i cl o a d i n ga tt h e b e g i n n i n go f t h em i x t u r ec o n s t r u c t e dw e t l a n ds y s t e m ss t a r t u p w ep u tt h e p l a n to nt h ec o n s t r u c t e dw e t l a n ds y s t e ma tm a r , b u ti t h a sb e e nr a i n i n g d u r i n gt h et i m e ，a n dt h ew a t e rl e v e ls u b m e r g e st h ec o n s t r u c t e dw e t l a n d i t m a k e st h ep l a n t sg r o w t hi n f l u e n c e d i ts h o w st h a ti ti si n f l u e n c i n gt os o m e e x t e n tf o rh y d r a u l i cl o a d i n gt oc o n t r o lt h eg r o w t ho f p l a n t u n d e rt h es a m e h y d r a u l i cl o a d i n g ，t h ew e t l a n dw i t hr e l a t i v e l y b e r e rg r o w i n gp l a n t s d e m o n s t r a t e dh i g h e rp o l l u t a n t sr e m o v a le f f i c i e n c yt h a nt h a tw i t hr e l a t i v e l y w o r s eg r o w i n gp l a n t s ，t h a ti st h e p o l l u t a n t sr e m o v a le f f i c i e n c yw a s p o s i t i v e l yc o r r e l a t e dt ot h eg r o w t hs t a t u so fp l a n t s i na d d i t i o n ，b e c a u s eo f t h es m a l lc a p a b i l i t yi nt h es y s t e m ，w eh a v et om a k ee s s e n t i a lm e a s u r e st o c o n t r o lt h ei no ro u tw a t e rl e v e ls ot h a tw ec a nk e e pt h ee li g i b l ew a t e r q u a l i t y t h er e s u l t ss h o w e dt h er e s u l t sa sf o l l o w ：w h e nt h e 盯w a sb e t w e e n 3d a y st o5 d a y s ，t h es y s t e mh a dah i g h e rr e m o v a le f f i c i e n c i e sf o rt h e p o l l u t e dw a t e r t h er e m o v a le f f i c i e n c i e sf o rc o d c r ，t s s ，n h 4 + 一n ，t n ， t pw e r el0 - - 。4 0 ，3 5 - - - - 9 0 ，10 5 0 ，3 5 - 6 5 a n dl0 i v 穆t 委x , 孚，j 。4 级硕 = 论文 塘湿地生态系统对微污染水体的去除机制研究 55 ，r e s p e c t i v e l y b e c a u s eo ft h es m a l lc a p a b i l i t y ，i t se a s yt ob ei n f l u e n c e db yt h e o u t s i d ee n v i r o n m e n tf a c t o r s ，t h es y s t e ms h o w e dt h ei n s t a b i l i t yd u r i n g s o m et i m e b yt h el o n g t i m ee x p e r i m e n t a t i o n ，t h ef i n a ld a t e si n d i c a t e d ：t h e s y s t e m h a dm o s tr e m o v a le f f e c tf o rt s s t h i si sb e c a u s et h er e s u l t so f a l g a e sa b s o r b i n g i n o r g a n i cg r a i n i no x i d a t i o np o n da n da g g r e g a t e s a d s o r p t i o ne f f e c ti nw e t l a n ds y s t e m i na d d i t i o n ，t h et e m p e r a t u r ea n dd o i n t h ew a t e rw a sas t r o n ga f f e c tf a c t o r sf o rt h er e m o v a le f f i c i e n c yo fp o l lu t i o n t h ed r o po ft e m p e r a t u r ew o u l db r i n go nd i r e c t l yt h ed r o po fm i c r o b i a l a c t i v e t h er e m o v a lr a t e so fc o d c ra n dn i - h + 一nl o w e r e dw i t ht h e i n c r e a s eo fh y d r a u l i cl o a d i n gr a t e ，b u tt h er e m o v a lr a t e so ft o t a lp h o s p h o r h a dan e g a t i v ec o r r e l a t i o ni n s t e a d ， k e yw o r d s ：e c o l o g i c a lp o n d ，c o n s t r u c t e dw e t l a n d ，h y d r a u l i cl o a d i n g ， o r g a n i cm a t t e rr e m o v a l v 附件一： 东华大学学位论文原创性声明 本人郑重声明：我恪守学术道德，崇尚严谨学风。所呈交的学位 论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除 文中已明确注明和引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体 己经发表或撰写过的作品及成果的内容。论文为本人亲自撰写，我对 所写的内容负责，并完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名： 秆 日期： 文y 口7 年汐月彤日 附件二： 东华大学学位论文版权使用授权书 学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同 意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允 许论文被查阅或借阅。本人授权东华大学可以将本学位论文的全部或 部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复 制手段保存和汇编本学位论文。 本学位论文属于 保密口，在年解密后适用本版权书。 不保密 学位论文作者签名： 瓣 日期：幽d 7 年月“日 一? 稚竿 日期：节口侗7 唬r - = 秀y 夕。学蝴硕十做桃地生态系辅微污染水体的去懒 6 0 0 0m g l ，总氮为5 0 0 1 0 0 0m g l ，排放浓度之高，对周围的水环境造成了严重 的污染，对其废水采用生态塘处理。处理流程如下： 投产运行后处理效果非常好，各个单元塘的处理效果都很明显，厌氧转化塘 去除b o d 5 和c o d 的去除率分别为1 0 并n 2 5 ，但主要的功能是将一些难降解的有 机化合物转化为易降解的有机化合物，而使b o d f l c o d 的值有所提高，通过细菌的 氧化降解，b o d 5 和c o d 均有大幅度的降低，其去除率分别为7 0 和5 0 ，通过藻 类的光合作用，t n 、n h 4 + - n 和t p 都有大量的去除。 碧季戈学。4 级硕士论文塘腽地生态系统对微污染水体的去除机制研究 第三章新型复合生态系统试验设计与运行情况 3 。l 研究设计思路 3 1 1 国内外湿地塘区系统设计借鉴 人工湿地的设计主要涉及两个方面的问题：即水力学问题和污染物的去除问 题。水力学问题就是污水在基质中运行规律的问题，主要指迸水区的布水方式， 整个水流的形态，水力停留时间等。在渗流系统中，水流运动一般用达西流模型 进行描述： v = k s 式中：v 水流平均流速 s 水力坡度 k 渗流系数 但是一般认为：当渗流的雷诺数大于1 - - 1 0 后，就不再适用了；此外当介质的 粒径较大时，对水流的挠动作用也不能忽视。 3 ，1 1 1 湿地，塘区系统设计内容 ( 1 ) 确定详细的废水流速，污染负荷和期望的污染物去除率 ( 2 ) 进水区和出水区的结构要有利于水位控制。 ( 3 ) 几个串联或者并联的处理单元之间的连接要保证布水的均匀，避免短流。 ( 4 ) 湿地处理单元的深度应要考虑到形成生物生存环境的多样性，更好的分 配水流以利于污染物的去除。 ( 5 ) 在塘区处理单元，也应该考虑适当的水深，利于藻类等浮游生物生存的 环境。 ( 6 ) 要有一个水生植物的详细资料，考虑种植的密度以及植物的行列，制定 一个好的运行和维护计划。 囝矽s - 委 t - 戈学蝴硕能文蛳地生态系统捌粼体的去掀 3 1 1 2 湿地系统的设计步骤 根据m s u n d a r a v a d i v e 的理论【4 1 1 ，总结出湿地设计的一般步骤如下： ( 1 ) 选择植物的种类，根据湿地的大小确定植物排列的密度和种植的深 度。 ( 2 ) 选择基质以及合适的坡度，底部坡度一般不超过1 。 ( 3 ) 根据公式q = 氏k 。s ，确定人工湿地过水断面的面积。式中，a 。：过 水断面的面积；k ：基质的水力传导率；s ：水力坡度 ( 4 ) 根据公式矽= 告= 夏，确定湿地系统的宽度。 ( 5 ) 根据k f = k 2 0 吼o 丁2 0 、计算速率常数。k 2 。、气：分别是2 0 时的速率 常数和速率常数的温度系数。 ( 6 )根据水力负荷，确定湿地系统要求的表面积应用公式： 么，：q ( 1 nc o - l n c , ) ，式中，r ：墓质的多孔性 k 7 d r ( 7 ) 根据表面积确定湿地的长度l ： 对于简单的水平潜流系统米说，表面积a h 也可以采用下面的公式计算： d q d ( 1 n c 8 一l n c ，) n h k 姒d 式中：q d ：废水的日平均流量，m 3 d 1 。是脚：反应速率常数，m d - ， 3 ，1 。1 。3 湿地系统的布局 在确定了湿地的总面积和系统构造形式的设想后，还需要在现场合理的布设 湿地系统。设计中在确定湿地单元数目时要考虑运行的稳定性，易维护性和地形 的特征。 湿地处理系统应该至少有两个可以同时运行的单元，以满足运行的机动性： 少有两个并行单元，因为可能会发生不可预料的情况，如植物死亡，预处理失败 或其它构造的毁坏；采用多条水流径流，以便能够根据进水水质的不同随时调整 负荷率。可供选择的理论上的分区如图3 一l 所示： 2 9 囝碧季戈学。4 级硕士论文塘慢地生态系统对微污染水体的去除机制研究 善 ( a ) 较筹韵结构形式 ( 存在姗；! j | c ) ( c ) 较好的结构形式 ( 有较好的l 增堤) v v v v v v v v v v v v y y y v ( b ) 较芹的结构形式 ( 存在夕e 区) ( d ) 很好的结构形式 ( ，f r 供配水芹集水的深区) 图3 - 1 湿地系统单元结构 f i 9 3 1 c e l lc o n f i g u r a t i o no f w e t l a n ds y s t e m 所需要的单元数目也必须根据单元增加的基建费用和地形以及运行的灵活性 适应性而确定。比如在有两个单元的情况下，其中一个单元检修就使整个湿地系 统暂时失去了一半的处理能力，但是在有五个并行单元的情况下，其中一个单元 检修，仅使湿地暂时失去2 0 的处理能力为了控制内部的水流，大型的系统至少 需要两个以上的水流路径，但是入口和出口控制结构的增多会增加整个工程的造 价。 3 1 1 4 塘区系统的布局 当进水中t s s 较高时，建议将塘区系统设置在湿地系统前端。这样会阻挡住来 自塘区系统的浮游藻类和t s s ，在湿地系统，t s s 主要通过填料和植物的茎叶及根 系的沉淀、过滤作用而去除。 浮游藻类在深水区中占优势，这就增加t t s s ，在s f 湿地系统中，这些较深的 区域至少低于植物生长水域底部l m 以上，以排除大型根生植物的生长。这些深水 区经常被浮萍所覆盖，并可作为湿地鸟类和鱼类可靠的栖息地。这些起到再分配 水流作用的深水沟，显著地改变了湿地中的总体混合程度，使水流经塘区更有效 的分配到湿地中，提高了湿地单位面积的利用效率。 叠季戈学。4 a 叶论文塘，进地生态e 统对撕染水体除机制研究 3 】2 研究整体路线 本课题所进行的研究是整个前卫村中心潮生态修复工程总体技术方案研究的 部分。总体方案由东华大学和同济大学联合完成。总体工艺如下图所示： 田翟圈二 国雹盔 _ j 圉3 - 2 工艺流程 f i 9 3 - z t h et e c h n i c sf l o wc h a r t 进水经过格栅，以去除水中泥沙和部分悬浮物，改善后续处理运行条件。经 过简单格栅的筛率后，再由风车系统提升，一部分由调节池接八人工湿地处理系 统，还有一部分进水直接进入塘湿地处理系统，作为整个工艺的主体处理系统， 塘一湿地处理系统也是本论文所研究的主线。 人工湿地和氧化塘技术都属于生态工程的技术范畴，以“整体、协调、循环、 再生”为核心思想，与环境工程技术相比，此生态工程技术是一类低消耗、多效 益、可持续的工程体系。生态系统利用太阳能为基本能源，并保持或增加生态系 统内部的物种多样性，对人类和自然两者都有好处。 人工湿地和生态塘都是当今国内外研究的热点环境问题之一，人工湿地系统 的运行主要依靠水的势能和太阳能，它投资少、能耗低、维护管理方便，在处理 污水实现水质改善的同时，还可咀促进绿色植物的生长，改善周围地区的生态环 境，具有一定的美学价值。生态塘处理系统作为污水处理和再利用技术，具有结 构简单，能充分利用地形，建设费用低等优点，其对污水的资源化处理使污水能 够回收再利用，实现了水循环，既节省了水资源，又获得了经济收益。本论文大 胆的将人工湿地与氧化塘结合在一起作为一种新型的复合生态处理系统进行尝 试，通过对该系统小试及中试对中心湖水质处理情况的跟踪实验测定，探讨了温 度、进水浓度，水力负荷等因素对污染物去除率的影响，同时积累了一定的有关 碧；，志学。；级硕论文塘，湿地生志系统对微污染水体的击除机制研究 湿地处理系统的设计、施工、维护及管理等方面的经验，相信本论文的研究会给 水体生态修复相关领域的人员定的参考价值。 32 塘，湿地生态系统试验设计 3 21 生态系统小试模型原理及工艺构成 塘湿地协同运行模式的主导思想是以保护湖泊水环境质量为目标，力求发挥 出稳定塘和湿地系统各自的优势，使中心湖水经过自然生态处理后，再回流至湖 中。在净化湖水的同时，也加强了湖水的流动性，使水体循环变快，提高其水体 承载能力。本小试模型处理工艺是完全参照中试缩放建造，所以在以后的数月期 间的处理效果完全可以为中试生态工程提供参考依据。其具体工艺处理流程 如图3 5 所示 图3 - 3小试模型系统工艺构成 f i 9 3 - 3c e l l - - e x p e r i m e n tb o xs y s t e mt e c h n i c ss t r u e l u r l e 本小试模型设在中心湖边上，每天由人工提水至溢流水箱，水箱上有溢流管， 由泵打循环再至水箱中，使水箱液位稳定，始终保持一定压力差，水经阀门流入 塘湿地处理系统中，出水再由导管引导入湖中。流量阀调节进水流量，使进入处 理区的进水保持最佳水力负荷。 3 2 1 1 生态系统单元构造设计 在中心湖段生态处理工程建造的同时，为了给将来中试工程运行提供原始数 据及处理效果预测，我们参照工程中构筑物建造了几个供小试的塘一湿地生态处 孕季乏学。4 级顶+ 论r 塘，湿地生态系统w 微打强水体女除机制研究 理系统装黄。也是作为本论文研究的处理效果数据束源 氧化塘一垂直潜流人工湿地复合系统 如图3 - 4 所示，此模型由两部分组成，前半段是个5 0 c m 深的好氧塘里而放有 8 串纤维填料进行挂膜，在模型设计上，我们对传统的垂直潜流湿地进行了改进， 污染水体在该塘一湿地系统中，首先进水通过进水管，均匀布入第一池的表面， 然后污水再从上表面溢过一池与二池的挡板，流入第二池中，二池表层比一池表 层低1 0 e m ，然后下出水进入湿地系统中，由下向上反冲流过湿地系统出水。污水 中的有机物能够最大程度的与纤维填料上的生物膜充分接触，增大膜接触面积。 该系统其独特的下行流上行流水流方式有效的解决了其他湿地中易出现的 “短路”现象，使污染水体利用垂直上行与基质、根系接触充分，使系统在充分 友挥硝化作用的同时，加强了反硝化作用，提高了其除氮的整体效果。 图3 4 氧化塘一垂直潜流人工湿地 f i 醪4 o x i d a f i o ap o a da n dh o r i z o a t a l - - f l o wc o n s t r u c t e d w e t l a n d 关于此类复合人工湿地，生态塘位于人工湿地前部的报道较少，我国曹向东 等( 2 0 0 0 ) 结合氮和磷元素的迁移、降解规律，探讨了氧化塘人工湿地复合系 统的设计及运行，并对系统中氮和磷的去除规律进行了研究。通过对植物生长期 和非植物生长期系统肘n h 4 + - n 、t n 和t p 的去除效果的监测，表明在植物生长期间， 此类复合人工湿地对氢和磷具有十分显著的去除效果当适当延长h r t ，可以大大 藏 碧季戈学。4 级硕士论文塘腥地生态系统对微污染水体的去除机制研究 提高单元塘对氮和磷的去除效果 氧化塘一水平潜流人工湿地复合系统 此装置也是由两部分组成，前段为5 0 c m 深，6 0 c m 长的好氧塘系统，后半段为 陶粒层，上面种植菖蒲。两端以布满小孔的玻璃钢隔板相连。进水流过预留槽经 隔板上小孔均匀布水后流入装置，当进水稳定时，流态也比较均衡。后段陶粒层 比前段好氧塘微高，这样可以保证水流在陶粒层表层下流动，充分利用丰富的植 物根系及表层土和填料截留的作用，提高处理效果。污染水体经过前段好氧塘处 理后，会带出大量的藻类，而茂密生长的菖蒲和陶粒能够有效的截滤水体中的藻 类，使湿地出水藻类数量得到很大程度的降低。 图3 - 5 氧化塘一水平潜流人工湿地 f i 9 3 - 5 o x i d a t i o np o n da n dv e r t i c a l - - f l o wc o n s t r u c t e dw e t l a n d 3 2 1 2 小试模型单元实物图 小试模型采用p v c 板制作，采用潜流及水平流两种流态。填料方 式分别采用弹性填料+ 陶粒和单独使用陶粒两种方式，流量约为： 3 0 m l m i n ，水力停留时间为3 d 。下图即为小试装置图。 碧i ；戈学0 4 级士论文塘湿地生态统对礅污染水体的除机制研究 小试装置图3小试装置图4 图3 6 小试模型单元实物图 f i 9 3 - 6 t h ec e l ld b g n mo fs m a l ls l e t e s t m o d e l 3 213 生态处理系统填料构成 本实验湿地区所用基质为多孔生物陶粒，此基质以粘土为主要原料，添加一 嘲芽毒戈学。4 级硕十论文塘腥地生态系统对微污染水体的去除机制研究 定量的发泡剂，经配料成型、高温烧结，制备而成。主要化学成分为 s i 2 0 、a 1 2 0 3 、f e 2 0 3 、c a o 、m g o 等，其比表面积大、开孔空隙率高，不仅有利 于微生物的接种挂膜和生长繁殖较多的生物量，从而使微生物种类及食物链达到 较优组合；而且有利于微生物代谢过程中所需氧气和营养物质以及代谢产生的废 物的传质过程，达到对水中微污染物质较好的去除效果。 本实验所选用的陶粒的物理化学特性如表3 1 、3 - 2 所示： 表3 1陶粒组成与特性 t a b l e2 - 3c o m p o s i o na n dc h a r a c t e r i s t i co fc e r a m i c s 组成s i 0 2a l z o a f e 2 0 sc a 0 m g o烧火量 6 1 - - 6 6 1 9 - 2 4 4 - 9 0 5 1 01 o 2 05 0 表3 - 2 陶粒的物理化学特性 t a b l e 3 2 p h y s i c a la n dc h e m i c a lc h a r a c t e r i s t i co f c e r a m i c s 总孔 比表面 松散容粒度总孑l 孔隙 体积 名称积重( m m 窒 ( c m 3 ( m 2 缝) ( g l ) ) ( ) g ) 陶粒 4 8 90 3 9 8 7 5l - 27 4 7 8 粘土陶粒是以粉煤灰为主要原料，粘土为粘接剂和添加少量造孔剂，经高温 烧结而成的。首先需将粘土烘干，并粉碎到粒度小于1 0 0 目。然后按配方取粉煤 灰5 0 ，粘土粉4 5 ，造孔剂5 进行干粉混合，然后加入2 0 的水混合均匀，并 造粒成型，湿颗粒需先在干燥室内烘干，然后放入炉内在9 5 0 l1 0 0 。c 的高温下熔 烧而成。其主要以下特, 占 4 2 , 4 3 1 ： 1 、由天然陶土或粘土、粉煤灰并添加部分辅料加工而成，强度大，孔隙率大、 比表面积大、化学和物理稳定性好，与常规的玻璃钢、聚氯乙烯、聚丙烯等规则 滤料比，具有生物附着性强、挂膜性能良好、水流流态好、反冲洗容易进行、截 物能力强等优点。 2 、形状规则，密度适宜，克服了不规则滤料水流阻力大、易结球并引起滤池 碧季戈学。4 级硕士论文塘腽地生态系统对微污染水体的去除机制研究 堵塞，反冲洗强度大，易冲刷破碎的缺点。 3 、大量的微生物生长在陶粒滤料粗糙的表面和颗粒内部微孑l 内，特别是生长 在颗粒内部的微生物不易流失，既使长时间不运转也能保持其菌种，运行管理简 单。 3 2 2 研究方法与测定项目 小试人工湿地系统的进水取自前卫村的环村内湖，湖水由于受近几年的旅游 垃圾影响，部分水质指标已经达到一v 类水。我们由湖边取水，高位水箱作为 储水器，污染水体由泵加压后送入湿地系统中，通过调节水力负荷，测定c o d c ，、 t n 、t p 、n h 4 + 一n 、n o 。一n 等水质指标，对比出不同水力负荷下的污染物去除效率以及 随着不同的季节变化植物的生长状况。 主要指标的分析测定方法参照水和废水监测分析方法( 国家环保局水和 废水监测分析方法编委会，1 9 8 9 ) ，数据分析用m i c r o s o f te x c e l 和o r i g i n p r 0 7 0 对 数据进行方差和图表分析。 表3 3 水质指标的分析方法 t a b l e 3 3t h ea n a l y s i sm e t h o d so ft h em a i ni t e m s 分析指标分析方法 c o d c r ： t n ： n i l , + 一n ： n 0 3 一n ： t p ： 浊度： d 0 ： p h ： 3 2 3 主要试验设备与仪器 ( 1 ) j h 1 2 型c o d 恒温加热器 重络酸钾法 过硫酸钾氧化一紫外分光光度法 纳氏试剂比色法 紫外分光光度法 钼酸铵分光光度法 分光光度法 哈希溶解氧仪 玻璃电极法 碧季戈学。4 级硕士论文塘，湿地生态系统对微污染水体的去除机制研究 ( 2 ) l d z x 一4 0 a 立式自控电热压力蒸汽消毒器 ( 3 ) u w 2 2 0 h 电子天平 ( 4 ) u v - - 2 4 5 0 岛津紫外可见分光光度计 ( 5 ) 哈希d o 测试仪 ( 6 ) 2 0 2 - - o a b 电热恒温烘箱 ( 7 ) p h 计 3 2 4 相关测试标准曲线： o 4 5 0 4 0 3 5 0 3 挚2 5 醛0 2 0 1 5 o 1 0 0 5 o oo 5l 0 3 5 o 3 o 2 5 型0 2 掣 萄1 5 o 1 0 0 5 0 1 5 20 2 04 0 6 0 氨氮m g , l - 1 图3 - 4 氨氮标准曲线 f i g3 - 4s t a n d a r dc u r v eo f n h 4 + 一n 一。r堂11。029997。g。2广 。； 厂 。 一7 j 。 一 ， ol234 图3 - 6 总氮标准曲线 f i g3 - 6s t a i l d a r dc u l w co f ln 3 8 8 01 0 0 浊度n t u 图3 - 5 浊度标准曲线 f i 9 3 5s t a n d a r dc u n eo ft u r b i d i t y 0 4 5 o 4 o 3 5 o 3 o 2 5 o 2 o 1 5 0 1 o 0 5 o 一0 0 5 rm r 篓6 0 一9 9 9 7 。9 乒 。= jt ? ， &n ，1 五 图3 7 硝氮标准曲线 f i g3 - 7s t a n d a r dc u i v eo f n 0 3 一n 9 8 7 6 5 4 3 2 0 o o 0 o o o o o 0 孕雾戈学。4 级硕七论文塘膨地生态系统对微污染水体的去除机制研究 p 2 拦0 赭9 9 9 9 广 r 2 l 0 10 2o 30 图3 8 总磷标准曲线 f i g3 - 8s t a n d a r dc u r v eo f t p 3 2 5 运行与采样 塘湿地生态系统模型湿地系统在设计制作完成、植物移栽结束后，即开始连 续进水运行，由于植物栽种时正值植物生长期，所以植物生长很快，在生态系统 整体比较稳定后，开始连续性采样和测试工作。h r t 按1 d 、3 d 、5 d 的方式交替运 行，测试出最佳水力停留时间。测试时间为2 0 0 6 年4 月2 0 0 6 年1 2 b 初。水质采样 次数为每周2 - - - - 4 次。 3 3 本章小结 本章系统的介绍了试验模型的工艺原理及组成，对所测水质的情况以及 水质参数的测定方法也进行了详细的说明，本小试研究主要对中心湖水体处理效 果进行跟踪测试，为以后中试工程提供依据。 3 9 7 6 5 4 3 2 ， 0 n c ； n 仉 n n n c ； 孕季戈学。4 级硕士论文塘腽地生态系统对微污染水体的去除机制研究 第四章生态系统污染物去除效果与分析 4 1 塘湿地生态系统运行参数变化研究 4 1 1d o 在塘湿地生态系统中的分布情况研究 在塘湿地处理系统中，d 0 是有机物好氧分解的重要组成部分，其主要来源 于藻类光合作用放氧、大气复氧以及有机物降解硝化等过程。在稳定塘中，藻类 的光合作用和大气复氧过程是d 0 变化的决定因素。研究表明，藻类在塘中除了进 行光合作用和呼吸作用外，还参与了其他许多生化、物化反应，藻类通过光合作 用向水体供氧，其供氧量与藻类的合成量成正比，而在塘中，藻类是去除污染物 的主体，所以生态系统中d o 的变化过程在一定程度上影响着污染物去除规律，了 解系统内d 0 的变化分布对确定特征污染物的去除过程有着重要意义。 试验中分别以两个塘湿地系统为研究对象测定d o 在生态系统单元内的横向 和纵向的分布变化，以及同一时段在两个不同的生态系统中的变化情况。图4 一l ， 4 2 图l 是在8 月份的每天早8 ：0 0 1 0 ：0 0 间测得的d o 值分别在两个处理系统 塘区单元内沿深度方向的变化情况。所配合的回归方程为y = a * e x p ( b * x ) ，其中x 代表水深( c m ) ，y 代表d o 值，分别求得在塘区1 ( 塘一垂直流系统塘区) ，a = 5 4 0 9 ， b 一0 0 3 2 ，r 2 = 0 9 9 3 7 ；在塘区2 ( 塘一水平流系统塘区) ，a = 6 0 5 3 ，b - _ 一0 0 3 6 ， r 2 = 0 9 8 8 0 。显著性检验均非常明显。 由于深度原因，两塘基本都呈好氧状态，塘表层藻类生长旺盛。水体d 0 与水 深成对数关系。此外，还可以看出，在不同的深度，d 0 的降低幅度也有很大的差 异，水体表层d o 较高，但仅在表层下2 0 c m 处测定，d 0 的降低幅度超过了5 0 ，然 后下降趋势慢慢变缓，d o 越高，变化幅度越大，两塘基本在d 0 值0 8 2 0 9 5 m g l 附近达到稳定。 孕季戈学。4 级硕十论文塘，湿地生态系统对微污染水体的去除机制研究 图4 - - l 塘区1 沿深度方向分布规律图4 - - 2 塘区2 沿深度方向分布规律 在沿着水流方向，如图4 3 ，塘一水平流湿地生态系统的d o 也表现出很好的 相关性。所配合的回归方程为y = a 半x4 2 + b * x + c ，其中x 代表水深( c m ) ，y 代 表d o 值，求得a = - - o ，0 0 2 3 7 9 ，b = 0 2 3 8 6 ，c = 4 0 7 ，r 20 9 5 9 9 ，线性相关性显著。 d o 值从在迸水口的3 8 3 m g l ，逐渐上升，在湿地系统单元逐渐稳定下来。说明 在开始阶段有机物得到了充分的降解，随着水流的推进，降解和硝化作用的耗氧 速率逐渐降低，并最终与系统自身得产氧速率达到平衡。相信系统如果做的足够 长的话，相关性效果会更好。 1 2 1 0 萋8 、j 裂6 o 4 2 0 01 02 03 d 4 0 6 07 0 图4 3沿长度方向d o 分布规律 f i 9 4 - 3s p a t i a ld i s t r i b u t i o no fd o w i t hf l o wl e n g t h 4 1 2 温度季节变化对生态系统影响研究 在生态处理系统中，温度是一个很重要的外在条件。图4 4 是塘湿地生态系 统中水温的季节分布情况。迸水最高温度在7 、8 月间，温度高达3 0 。c ，最低温 4 l 季季戈学。4 级硕士论文塘腽地生态系统对微污染水体的去除机制研究 度在1 2 月间，温度在7 左右。小试系统温度波动要大于进水温度。表现为7 、8 月间最高在3 3 左右，1 2 月问低于1 0 。 一一、 一 u 挂 鲥 日期( 月) 图4 4 塘湿地生态系统温度月变化曲线 f i 9 4 4m o n t h l yv a r i a t i o n so ft e m p e r a t ur ei ne c o l o g i c a ls y s t e m 温度的波动不仅影响到生态系统中微生物的活性对污染物的去除速率，还 直接能影响到各处理单元的水力条件。由于中心湖相对于我们的生态系统是个 很大的畜热体，所以它的水温波动要比我们的生态系统小的多。在非植物生长 期时，进水温度要高于系统水体温度，进水密度小于水体密度，所以污水就仅 在水体表层流动，导致了短流的产生，系统对污染物的去除效果下降；而在植 物生长期时，湖水的温度波动又小于单元水体此时，进水的温度要低于水体温 度，进水与底层水体混合紊动的趋势增大，污染物的去除效果明显。 4 2 生态系统污染指标去除分析 4 2 1 人工湿地复合系统对c o d c ，的去除效果 从2 0 0 6 年3 月中旬起我们往小试模型里栽种植物， 4 0 天后系统趋于稳定。我 们在h r t = 3 d 时开始对系统进出水的c o d 进行定期检测。图3 5 给出了从2 0 0 6 年4 4 2 碧季戈学。4 级硕t = 论文塘湿地生态系统对微污染水体的去除机制研究 月到2 0 0 6 年1 1 月期l 、日j 的几个湿地模型的c o d 处理效果。由图中可以看出，好氧塘 湿地系统在4 ，5 月份里去除率要低一些，一般去除效果只有1 0 2 0 ，说明温 度的变化对于c o d 的去除率时有一定影响的，在这期间，温度一般都相对较低， 日照时间较短，塘中藻类生长不旺盛，植物的根系效应也不是很明显。在7 9 月 份，c o d 去除率上升很快。在8 月下旬到9 月上旬时达到高峰，两个塘湿地系统 的出水分别达到3 6 和3 0 5 。塘中藻类生长茂盛，相当高的d o 水平以及好氧塘 中的好氧氧化环境应该是c o d 去除率较高的主要原因。从9 月中下旬开始后，c o d 去除率开始走低，两个好氧塘中去除率下降很快。到1 1 月份时，平均出水去除率 降到1 l 一1 4 5 。 此外，各处理单元对c o d 的去除也存在很大差异。总体来说：塘一垂直潜流 湿地系统的c o d 去除率要好于塘一水平潜流湿地系统。在塘一垂直流湿地系统中， 出水的去除率一般在1 0 5 - - 3 6 之间，而好氧塘中去除率最高可达2 8 ，是c o d 的主要去除单元。菖蒲湿地作为系统的二级处理单元进一步提高了处理效果和稳 定出水水质，菖蒲的根系有效的吸附和截留了各类悬浮颗粒和前处理单元的浮游 藻类残体。此外，系统独特的上下折流式结构的设计也是系统去除率得以保证的 关键因素。在塘一水平流湿地系统中，出水的c o d 去除率一般在8 一3 0 之间， 在8 ，9 月期间好氧塘去除率最高可达2 7 ，在植物生长季节，由于塘深较浅( 0 3 5 m 深) ，塘中基本都呈好氧状态，藻类在填