（环境工程专业论文）复合垂直流人工湿地处理生活污水的研究.pdf

昆明理工夫学j 女士学位论文摘要 摘要 在大量阅读现有人工湿地系统的文献资料和研究成果的基础上，及对云南澄 江县窑泥沟人工湿地的实际考察后，自行模拟设计了复合垂直流人工湿地小试系 统。本文主要针对系统的植物筛选、系统的填料选择、系统的水力学特性、系统 的影响因素以及系统的净化效果等方面进行了深入的研究和探讨，其目的在于使 这一项技术得到迸一步的完善，为今后的复合垂直流人工湿地的工程设计和运行 管理提供理论依据和实践经验，从而使得这项生态工程技术得到更好的推广应 用。 通过在秋、冬季湿地床对生活污水( 处理的废水为昆明理工大学莲华校区教 工生活区的化粪池出水) 的处理，对湿地系统的运行特性进行了实验研究。实验 结果表明 1 ) 实验启动阶段 a 、在此阶段，c o d c r 的进水浓度在1 9 0 8 3 4 6 2 m g 1 之间，出水浓度在1 0 6 6 - - 15 7 6 m g 1 之间，去除率在4 4 1 5 4 5 之间；原水中的b o b s 的浓度在9 5 8 1 7 6 。4 m g l 之间，出水浓度在4 8 5 7 9 。6 m g 1 之间，去除率在4 8 2 5 5 之间。 b 、在此阶段，系统对n h 。一n 的去除率波动最大。n h 。一n 的进水浓度在3 7 4 6 2 1 m g i 之间，出水浓度在1 4 6 2 3 6 m g l 之间，去除率在4 6 - - 6 6 之闯。 原水中t p 的浓度在3 3 5 1 m g 1 之间，出水浓度在0 4 l o 9 6 m g 1 之间，去 除率在7 6 6 9 卜_ 9 1 6 z 间。实验表明填料所起的作用是明显的。 c 、系统对s s 截曰效果非常明显。原水中s s 的浓度在8 2 卜_ 2 】6 2 埘l 之 间，出水浓度在5 6 一1 2 5 m g 之间，平均去除率可达9 0 以上。 d 、实验说明芦苇更适合于下行池污染负荷较高的环境，而菖蒲则适合于上 行池中水流漫过填料表层的环境。 2 ) 影响分析阶段 本文研究了水力负荷、p h 值和温度对系统处理效果的影响。通过对有机物、 n h 。一n 、t p 和s s 的实验分析，可以得出，系统的水力负荷在0 6 一o 8 c m 2 d 之 间，p h 值在7 5 8 5 之间，温度在1 6 一1 8 之间是较佳的选择。 根据j 下交实验的结果，可得到各因素对系统的影响的主次顺序与优化条件。 综台考虑各项指标的影响情况，可以确定湿地系统的影响因素的主次为：水力负 荷 温度 p h 值。综合考虑了各污染物的去除情况，确定优化的运行组合条件为： 昆明理3 - 大学硕士学位论文 摘要 水力负荷0 7 m 。m 2 d ，温度1 6 。c ，p h 值8 5 。 3 ) 在优化条件下的实验阶段 本文通过对c o d c r 、b o d i 、n h 。一n 、t p 和s s 的去除情况的历时分析，以及对植 物的测量，得出以下结论： a 、系统在优化组合条件下运行了2 2 天，s s 的进水浓度在8 5 8 2 4 9 7 m g l 之间，出水浓度在l o 3 2 0 5 m g l 之间，去除率在9 0 以上，截留效果非常明显。 b 、系统对c o d c r 、b o d ；均表现出较强的处理能力，c o d c r 的进水浓度在1 4 4 7 3 4 1 7 m g l 之间，b o d 。进水浓度在7 4 7 1 9 5 8 m g l 之阳j ，出水中c o d c r 的浓度 在4 5 8 9 7 8 m g l 之间，系统对c o d c r 平均去除率在6 7 6 ，出水中b o d 。的浓度 在1 9 4 5 1 9 m g l 之间，平均去除率在7 1 3 ，总体来说，系统对b o d 。的去除率 高于c o d c r 。 c 、n h 。n 的进水浓度在3 3 1 6 1 1 m g l 之间，出水浓度在1 0 3 一1 9 8 m g l 之 间，平均去除率达6 8 。t p 的进水浓度在3 7 6 7 m g l 之间，出水浓度在0 8 1 3 m g l 之间，平均去除率达7 9 。这表明本次实验中，填料的选择和搭配是合理的， 所起的作用是非常显著的。 d 、经过了四个月的植物培养，以填料表面为基准，下行池芦苇、水菖蒲的 高度达到6 0 c m 高，上行池达到5 5 c m 高；芦苇的根已进入到填料层6 0 c m 处，水 菖蒲进入到填料层4 5 c m 处，下行池发出4 株新技，上行池发出了3 株新枝。总 的看来，下行池的植物长势好于上行池。此外，在实验中发现，植物在人工湿地 系统净化污水中起到了重要的作用，植物长成型后，尽管存在植物的根系导流， 使实际停留时间有所缩短，但没有影响净化效果。 关键词：复合垂直流人工湿地，生活污水，去除率，水力负荷，正交实验 墨型兰墨生塑主兰堡堡墨 垒曼! ! 垦垒里! a b s t r a c t b yt h e o r e t i c a la n a l y s i sa n dp r a c t i c a li n v e s t i g a t i o ni ny a o n id i t c h ，c o m p o s i t e v e r t i c a lf l o w ( u p f l o wa n dd o w n f i o w ) a r t i f i c i a lw e d a n ds y s t e mi nas m a l ls c a l ew a s e s t a b l i s h e d t h i sp a p e rm a i n l ys t u d i e ds o m ec o n t e n t sw h i c hi n c l u d e dp l a n ts e l e c t i o n ， f i l l i n gc h o i c e ，h y d r a u l i cc h a r a c t e r i s t i c s ，i n f l u e n c ef a c t o r sa n dp u r i f i c a t i o nr e s u l t si nt h e w e t l a n ds y s t e m ，i no r d e rt os t r e n g t h e na n dp o p u l a r i z et h et e c h n o l o g y i na u t u m na n dw i n t e r ，d a l l yw a s t e w a t e rw a sr e g a r d e da s s t u d yo b j e c ta n dt h e o p e r a t i o nc h a r a c t e r so fa r t i f i c i a lw e t l a n ds y s t e mw e r es t u d i e di ne x p e r i m e n t t h e s t u d yr e s u l t ss h o w e dt h a t ： 1 ) e x p e r i m e n t a ls t a r t - p h a s e ac o d i n ( c o d c rc o n c e n t r a t i o ni nt h e i n f l u e n t ) = 1 9 0 8 3 4 6 2 m g 1 ， c o d o u ( c o d c rc o n c e n t r a t i o ni nt h ee f f l u e n t ) 2 1 0 6 6 1 5 7 6 m g 1a n dt h ec o d e r r e m o v a le f f i c i e n c yw a s4 4 1 5 4 5 b o d i n ( b o d sc o n c e n t r a t i o ni nt h ei n f l u e n t ) = 9 5 8 l7 6 4 m g l ，b o d o u ( b o d 5c o n c e n t r a t i o ni nt h ee f f l u e n t ) = 4 8 5 7 9 6 m g la n d t h eb o d 5r e m o v a le f f i c i e n c yw a s4 8 2 5 5 bi nt h ep h a s e ，t h ec h a n g eo ft h en h 3 一nr e m o v a le f f i c i e n c yw a st h em o s t u n s t e a d yi na l lp o l l u t a n t s n h 3 - n i n o q h 3 - nc o n c e n t r a t i o ni nt h ei n t l u e n t ) = 3 7 4 _ 6 2 1 m g 1 n h 3 - n o u ( n h 3 - nc o n c e n t r a t i o ni nt h ee f f l u e n t ) = 1 4 争一2 3 6 m g la n dt h e n h 3 - nr e m o v a le f f i c i e n c yw a s4 6 - - 6 6 t p i n ( t pc o n c e n t r a t i o ni nt h ei n f l u e n t ) = 3 3 5 1 m g 1 t p o u ( t pc o n c e n t r a t i o ni nt h ee f f l u e n t ) = 0 4 1 - - 0 9 6 m g la n dt h et p r e m o v a le f f i c i e n c yw a s7 6 6 1 9 1 6 i tw a ss h o w nt h a tt h ef u n c t i o no ff i l l i n g sw a s o b v i o u si nt h ee x p e r i m e n t ct h es sr e m o v a le f f i c i e n c yw a sh i g h e rt h a no t h e rp o l l u t a n t s i nt h es y s t e m s s i n ( s sc o n c e n t r a t i o ni nt h ei n f l u e n t ) = 8 2 1 - 2 1 6 2 m g 1 s s o u ( s sc o n c e n t r a t i o ni n t h ee f f l u e n t ) 25 6 12 5 m g la n dt h ea v e r a g er e m o v a le f f i c i e n c yw a sm o r et h a n 9 0 db yo b s e r v a t i o n ，t h eg r o w t ho fr e e d sw a sf i tf o rt h ec i r c u m s t a n c eo fh i g h p o l l u t i o nl o a d a n ds w e e tf l a gw a sf i tf o rt h ec i r c u m s t a n c ew h e r ew a t e rs u b m e 唱e d f i l l i n g s 2 ) a n a l y s i s p h a s eo f i n f l u e n c ef a c t o r s i i i 垦翌兰兰查兰竺主兰堡丝兰 垒! ! ! 坠! ! i nt h ep h a s e ，t h ep a p e rm a i n l ys t u d i e di n f l u e n c el e db yh y d r a u l i cl o a d p hv a l u e a n dl e m p e r a t u r ei nt h es y s t e m b ya n a l y s i s ，t h ec h o i c e so f o p e r a t i o nc o n d i t i o nw e r e b e t t e rw h e nt h er a n g eo fh y d r a u l i cl o a dw a sc h o s e na m o n go 6 0 8 m 3 m 2d t h e r a n g eo fp hv a l u ew a sc h o s e na m o n g7 5 8 5 a n dt h er a n g eo ft e m p e r a t u r ew a s c h o s e na m o n g1 6 一1 8 a c c o r d i n gt oa n a l y s i so ft h eo r t h o g o n a e x p e r i m e n t ，t h er e s u l t ss h o w e d t h a t ： a f f e c t e do r d e ro fi n f l u e n c ef a c t o r sw a st h a th y d r a u l i cl o a d t e m p e r a t u r e p h v a l u e a sf a ra sr e m o v a le f f i c i e n c yo fp o l l u t a n t sw e r ec o n c e m e d ，t h eo p t i m i z a t i o n c o n d i t i o nw a st h a th y d r a u l i cl o a d 。0 7 m m 2 也t e m p e r a t u r e = 1 6 ca n dp hv a l u e = 8 5 3 ) e x p e r i m e n t - p h a s ei no p t i m i z a t i o nc o n d i t i o n w i t hc h a n g eo ft i m e , p u r i f i c a t i o nr e s u l t so fp o l l u t a n t sw e r ea n a l y z e d ，a n dt h e g r o w t ho f p l a n t sw a so b s e r v e di nt h es y s t e m t h es t u d yr e s u l t ss h o w e dt h a t ： at h es y s t e mr a n2 2d a y si nt h eo p t i m i z a t i o nc o n d i t i o n b ya n a l y s i s ， s s i n = 8 5 8 2 4 9 7 m 鲫，s s o u = 1 0 3 2 0 5 m g la n dt h ea v e r a g er e m o v a le f f i c i e n c y w a sm o r et h a n9 0 a n dp u r i f i c a t i o nr e s u l t sw e r ev e r yo b v i o u s bi nt h ep h a s e ，o r g a n i cp o l l u t a n t sw 饿t r e a t e di nt h es y s t e m ，a n dt h e p u r i f i c a t i o nf u n c t i o no fs y s t e mw a sp o w e r f u lt oo r g a n i cp o l l u t a n t s t h ec o d i n = 1 4 4 7 3 4 1 7 m g 1 c o d o u = 4 5 8 9 7 8 m g la n dt h ea v e r a g er e m o v a le f f i c i e n c yo fc o d e r w a s6 7 6 b o d i n = 7 4 7 1 9 5 8 m g 1 b o d o u = 1 9 4 5 1 9 m g 1a n dt h ea v e r a g e r e m o v a le f f i c i e n c yo fb o d sw a s7 1 3 b yc o m p a r i s o n t h ep u r i f i c a t i o nr e s u l t so f b o d 5w e r eb e t t e rt h a nc o d e r s c i nt h ep h a s e ，n h 3 - n i n = 3 3 1 6 1 1 i n g 1 ，n h 3 - n o u = i o 3 1 9 8 m g la n dt h e a v e r a g er e m o v a le f f i c i e n c yo fn h 3 - nw a s6 8 t p i n = 3 7 _ 6 7 m g 1 t p o u = 0 8 1 3 m g la n dt h ea v e r a g er e m o v a le f f i c i e n c yo ft pw a s7 9 i tw a ss h o w nt h a t s e l e c t i o na n da r r a n g e m e n tw e r ef i tf o rt h es y s t e m ，a n dt h a tt h ef u n c t i o no ff i l l i n g sw a s o b v i o u si nt h ee x p e r i m e n t d b yc u l t i v a t i o no f p l a n t si n4m o n t h ，t h ea v e r a g eh e i g h to f r e e d sa m o u n t e dt o 6 0 c m ，a n ds w e e tf l a ga m o u n t e dt o5 5 c m a c c o r d i n gt oo b s e r v a t i o nt or o o to f p l a n t s ， r o o t o f r e e d h a de x t e n d e d 6 0 c m f r o ms u r f a c eo f f i l l i n g t or o o t o f r e e d ，a n dr o o t o fr e e d h a dy e tg r o w nt o4 5 c m ，a sf a ra sb r a n c ho f p l a n t sw a sc o n c e r n e d ，p l a n t sg r e w4b u d s i v 昆明理工大擘硕士学位论文 a b s t r a c t i nt h eu p f l o ws y s t e m a n dp l a n t sg r e w3b u d si nt h ed o w n f l o ws y s t e m i na d d i t i o n ，t h es t u d yi n d i c a t e dt h a tt h ep u r i f i c a t i o nr e s u l t sw e r en o ta f f e c t e di n t h es y s t e mt h o u g hr o o to fp l a n tm i g h td e c r e a s eh y d r a u l i cr e t e n t i o nt i m e 、 k e yw o r d s ：c o m p o s i t ev e r t i c a lf l o w a r t i f i c i a lw e t l a n d ，c i t yd a i l ys e w a g e ，r e m o v a l e f f i c i e n c y ，h y d r a u l i cl o a d ，o r t h o g o n a le x p e r i m e n t v 昆明理工大学学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的硕士学位论文，是本人在导师的指导下 进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文 不合任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研 究做出重要贡献的个人和集体，均已在论文中作了睨确的说明并表示 了谢意。本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名： ；1 东兽 日 期：4 寸7 、f 关于论文使用授权的说明 本人完全了解昆明理工大学有关保留、使用学位论文的规定，印： 学校有权保留、送交论文的复印侔，允许论文被查阅，学校可以公布 论文的全部或部分内容，可以采用影帆蠡其他复猎手段保存论文 导师签名： 隘垄4 论文作者签名： 纠杰垂 h 期：壁：眭 点! f 垦 昆明理工大学硕士学住论丈 总论 1 1 研究课题的提出 第一章总论 进入二十世纪以来，由于工业的迅速发展和城市人口的膨胀，工业污水和生 活污水排放与只俱增，给生态环境造成了极大的危害和破坏。目前，国内外许多 城市的污水处理主要是由生化二级污水处理厂来完成的，然而传统的二级生物处 理工艺因其投资大、耗能高、运行管理技术复杂等原因，难以得到大量的推广应 用。尤其是对于水质污染严重的农村城市化地区，因其市政设施相对滞后、城市 污水管网不完善，污水难以集中处理，污水处理厂在应用上受到极大的限制。 进入二十世纪九十年代，越来越多的国家开始鼓励和发展污水处理的“革 新技术”和“代用技术”，促使污水处理向水回收和污水资源化的方向发展。 在这种情况下，人工湿地系统因具有建造成本较低和运行成本低、能耗小、出 水水质好、操作简单、对污水进行分散处理等优点，在欧美等发达国家得到高 度重视和大力推广应用。自西德在1 9 7 4 年首先建造人工湿地以来，该工艺在欧 洲得到推广应用，在美国和加拿大等国也迅速发展。目前，欧洲己有数以百计 的人工湿地投入到废水处理运行，这些人工湿地的规模大小差别很大，最小的 仅为一家一户排放的废水处理，大的可以处理千人以上村镇排放的污水。据最 近的调查统计，在欧洲共有6 0 0 0 多座处理城市污水的人工湿地，北美有1 0 0 0 多座处理城市污水和多种工业废水的湿地系统。在美国各种不同形式的污水湿 地处理系统的总数于1 9 8 7 年达到3 4 0 0 多个，占全部污水处理系统的1 0 2 0 “1 。 我国引进湿地处理系统较晚，“六五”期间开始对污水湿地处理系统进行应 用性研究；“七五”期间，国家环保总局组织了庞大的技术队伍，进行了大规模 的污水处理技术联合攻关，分别在沈阳、天津、北京及昆明等地建立了各种污水 湿地处理示范工程，取得了大量的研究成果及运行管理经验。1 9 8 7 年天津市环 科所率先在我国建成了处理规模为1 4 0 0 m 3 d 的芦苇湿地工程，工程运行良好； 1 9 9 0 年7 月，国家环保局华南环科所在深圳白泥坑建造了处理规模为3 1 0 0 m 3 d 的水平流人工湿地示范工程。其后国家环保局、中国科学院各单位相继建造了规 模不等的人工湿地处理系统并进行一系列的试验研究。 由于人工湿地系统具有建造成本较低和运行成本低、能耗小、出水水质好、 操作简单、对污水能进行分散处理等优点，在国内外得到越来越广泛的应用。但 欧美国家目前的人工湿地污水处理系统多局限于单一的平流式或立流式的芦苇 床系统，国内建立的人工湿地污水处理系统也多局限于单一的表面流或平流式潜 昆踢理王大学硕士学位论文总论 流湿地床系统。这些湿地床系统占地面积较大，水力负荷和污染负荷较低，系统 的运行寿命较短。其中，单一的表面流人工湿地的主要缺点在于占地面积较大， 水力负荷较小，无法充分利用植物丰富的根系，氧的传输能力十分有限。去污能 力小；单一的水平流人工湿地的主要缺点在于占地面积大、脱n 除p 效果不如垂直 流人工湿地；丽单一的立式流人工湿地的主要缺点在于对有机物的去除能力不如 水平流人工湿地系统，尽管建造成本低于二级生物处理工艺，但与其他湿地工艺 相比，控制相对复杂，建造要求较高。不同湿地工艺存在的这些问题，主要是由 于湿地水力负荷、填料和工艺的不同所造成的。经过广泛深入的研究调查，鉴于 国内湿地工艺出现的问题，以及云南澄江县窑泥沟人工湿地运行中所出现的实际 问题( 占地面积大、水力负荷小，冬季n 、p 去除效果差) ，本论文对以下行一上 行流为主要单元的复合垂直流人工湿地污水处理系统工艺进行了研究。 1 2 研究目的和意义 通过对云南澄江县窑泥沟人工湿地的实际考察。在现有人工湿地系统研究的 基础上，建立了复合垂直流( 下行流一上行流) 人工湿地小试系统，主要针对系统 的植物筛选、系统的填料选择、系统的水力学特性、系统的影响因素以及系统的 净化效果等方面进行了深入的研究和探讨，其目的在于使这项技术得到进一步 的完善，为今后的复合垂直流人工湿地的工程设计和运行管理提供理论依据和实 践经验，从而使得这项生态工程技术得到更好的推广应用。 在对窑泥沟人工湿地的考察中发现，其占地面积较大，n 、p 的去除率较低， 尤其在秋、冬季不高于4 0 ，水力负荷仅达n o 4 4 莳m 2 d 。根据这些问题，本研 究建立了复合垂直流( 下行流一上行流) 系统。有资料表明，垂直流湿地床被认为 是废水净化的可靠天然处理系统，因为它具有优良的氧转移特性。3 ，可用于处理 氨氮含量较高的污水“1 以及城市污水。在地面水污染日益严重、水资源紧缺的 今天，对复合垂直流人工湿地系统的研究，不仅可以为解决实际工程中的问题提 供借鉴，而且也将为水质净化技术的应用和推广开辟新的途径。 1 3 主要工作内容 1 ) 收集国内外现有与人工湿地相关的文献资料，掌握现有人工湿地系统的 概念、污水净化机理和研究成果，寻求现有研究的不足。 2 ) 选择有代表性的人工湿地工艺，设计系统的工艺流程，建立完整的实验 方案，进行模拟实验。 昆明理工大擘硕士学位论文 总论 3 ) 根据湿地植物的选种的一般原则、依据和昆明市的实际情况，对本次实 验所用的湿地植物进行筛选，对植物的生长情况进行观测记录：对下行池和上行 池湿地植物的生长情况，以及它们对系统净化效果的影响进行分析。 4 ) 根据对目前潜流型人工湿地填料的净化能力及搭配比例的研究，挑选出 吸附性能更好、价格更低、储量更加丰富的填料，并在挑出的填料中进行搭配。 5 ) 根据所筛选出的植物和填料，结合窑泥沟人工湿地的设计，对本次实验 进行设计，并在实验的启动阶段( 植物和微生物还未起显著作用时) ，分析湿地 床对生活污水的去除特性。 6 ) 由于水力学特点涉及到湿她生态系统中污水的流动特性及由此引起的污 染物质转移，并直接影响着污水净化效果，对这一方面研究上的欠缺使得人工湿 地湿地净化效果的提高及其推广应用受到极大限制。因此通过实验，对模拟的复 合垂直流湿地床的水力学特点进行了研究，主要包括水力负荷、湿地容水体积( 湿 地孔隙度) 、处理水量，以及停留时间等方面。 7 ) 对湿地系统的三个影响因素一水力负荷、温度和p h 值进行分析。通过对 出水浓度及去除率的分析，综合考虑湿地系统的净化效果和净化潜力，本次实验 在三个影响因素所能进行的范围中选出较佳的范围值，并通过正交实验确定达到 较佳去除效率时的条件。 8 ) 在正交实验所确定的优化条件下，分析湿地系统的去除特性。 1 4 拟采用的研究方法、步骤和技术路线 昆明理工大学硕士学位论文总论 i 通过正交实验选出主要影响因素 i 和运行组合的优化条件，并在此 i 条件下研究湿地系统的去除特性 d 昆明理工戈学硕士学位论文 文献综述 2 1 城市污水处理技术 第二章文献综述 2 1 1 污水的牛物处理 生物处理至今已有几十年的历史了，它是指通过微生物的生命过程把废水中 的有机物转化为新的微生物细胞以及简单形式的无机物，从而达到去除有机物的 目的“3 。生物法按微生物的生长方式，可分为悬浮培养和附着生长。悬浮培养 以活性污泥为代表，固着生长以生物滤池为代表。 2 1 1 1 活性污泥法 活性污泥法是在污水自净作用的原理下发展而来的。它是以含丁废水中的有 机污染物为培养基，在有溶解氧的条件下，连续地培养活性污泥，再利用其吸附 凝聚和氧化分解作用净化废水中的有机污染物。1 。 2 1 1 2 生物膜法 生物膜法是与活性污泥法并列的两个方法。该法是指使生物群体附着于其 他物体表面呈膜状，并让它和被处理的废水接触而使之净化的废水生物处理方法 “。生物膜由细胞生物量和胞外聚合物组成，主要成分是蛋白质。2 ”1 。 2 1 2 污水的化学处理 污水的化学处理主要采用的方法是混凝法。混凝是在混凝剂及其水解产物作 用下，使废水中的胶体污染物和细微悬浮物脱稳并凝聚成具有可分离的絮凝体的 过程，包括凝聚和絮凝两个过程。其主要目的是改变水中黏土和细菌等悬浮固体 的存在性质和状态，以利于后续工序的去除过程“。它既可以除去污水的浊度等 感官指标，也可以除去多种有毒有害的污染物。 2 1 3 污水的土地处理 21 31 概述 污水的土地处理是在人工调控卜 利用土壤一微生物植物组成的生态系统 使污水中的污染物得到净化的处理方法。在污染物得到净化的同时，水中的营养 物质和水分也得以循环利用。它是在世界性能源门益紧张、水资源短缺和水污染 不断加剧的形势f 发展起来的污水处理生态工程技术，是一种低投资、低能耗的 自然净化技术，适于大面积推广和应用。 传统的二级生物处理，无法解决由于有机化学d 世迅速发展带来的大量有毒 有害有机物的污染问题，也不易解决n 、p 引起的富营养化问题。三级处理虽然可 有害有机物的污染问题，也不易解决n 、p 引起的富营养化问题。三级处理虽然可 昆明理工大学硕士学位论文 文献综述 2 1 城市污水处理技术 第二章文献综述 2 1 1 污水的生物处理 生物处理至今已有几十年的历史了，它是指通过微生物的生命过程把废水中 的有机物转化为新的微生物细胞以及简单形式的无机物，从而达到去除有机物的 目的”1 。生物法按微生物的生长方式，可分为悬浮培养和附着生长”。悬浮培养 以活性污泥为代表，固着生长以生物滤池为代表。 2 1 1 1 活性污泥法 活性污泥法是在污水自净作用的原理下发展而来的。它是以含于废水中的有 机污染物为培养基，在有溶解氧的条件下，连续地培养活性污泥，再利用其吸附 凝聚和氧化分解作用净化废水中的有机污染物。3 。 2 1 1 2 生物膜法 生物膜法是与活性污泥法并列的两个方法。该法是指使生物群体附着于其 他物体表面呈膜状，并让它和被处理的废水接触而使之净化的废水生物处理方法 “1 。生物膜由细胞生物量和胞外聚合物组成，主要成分是蛋白质“”1 。 2 1 2 污水的化学处理 污水的化学处理主要采用的方法是混凝法。混凝是在混凝剂及其水解产物作 用下，使废水中的胶体污染物和细微悬浮物脱稳并凝聚成具有可分离的絮凝体的 过程，包括凝聚和絮凝两个过程。其主要目的是改变水中黏土和细菌等悬浮固体 的存在性质和状态，以利于后续工序的去除过程“”。它既可以除去污水的浊度等 感官指标，也可以除去多种有毒有害的污染物。 2 1 3 污水的土地处理 2 1 3 1 概述 污水的土地处理是在人工调控下利用土壤一微生物一植物组成的生态系统 使污水中的污染物得到净化的处理方法。在污染物得到净化的同时，水中的营养 物质和水分也得以循环利用。它是在世界性能源同益紧张、水资源短缺和水污染 不断加剧的形势下发展起来的污水处理生态工程技术，是一种低投资、低能耗的 自然净化技术，适于大面积推广和应用。 传统的二级生物处理，无法解决由于有机化学工业迅速发展带来的大量有毒 有害有机物的污染问题，也不易解决n 、p 引起的富营养化问题。三级处理虽然可 昆明理工大学硕士学位论文文献综述 以解决这些问题，但工程投资大、能耗高，运行费用昂贵，管理复杂，有时还可 能引起二次污染。因此，我国在国家“六五”和“七五”期间，均将土地处理技 术列为环保科技攻关项目进行研究。我国国务院环境保护委员会1 9 8 6 年颁发的 “关于我国水污染防治技术政策的若干规定”，将污水土地利用列为我国的一项 重要的技术政策予以贯彻实施。 2 1 3 2 土地处理基本工艺 2 1 3 2 1 慢速渗滤系统 慢速渗滤系统适用于渗水性良好的土壤、砂质土壤及蒸发小，气候湿润的地 区废水经喷灌后垂直向下缓慢渗滤，土地净化，田上种作物，这些作物可吸收 污水中的水分和营养成分，通过土壤一微生物一植物对污水进行净化。 2 1 3 2 2 快速渗滤系统 快速渗滤土地处理系统是一种高效、低耗、经济的污水处理与再生方法。污 水快速渗进地下并最终进入地下水层。灌水与体灌反复循环进行，使滤田表层土 壤处于厌氧一好氧交替运行状态，依靠土壤微生物将被土壤截留的溶解性和悬浮 有机物进行分解，使污水得以净化。 2 1 3 2 3 地表漫流系统 废水以喷灌法或漫灌法有控制地分布在地面上均匀的漫流，流向设在坡脚的 集水渠，在流行过程中少量废水被植物摄取、蒸发和渗入地下地面上的牧草或其 他作物供微生物栖息并防止土壤流失，尾水收集后可回用或排放水体。 2 1 3 2 4 地下渗滤处理系统 地下渗滤处理系统是将污水投配到距地面约0 5 m 深，有良好渗透性的地层 中，依靠毛管浸润和土壤渗透作用，使污水向四周扩散，通过过滤、沉淀、吸附 和生物降解作用等过程使污水得到净化。 2 1 3 2 5 湿地处理系统 湿地处理系统是一种利用低洼湿地和沼泽湿地处理污水的方法。污水有控制 地投配到种有芦苇、香蒲等耐水性、沼泽性植物的湿地上，废水在沿一定方向流 行过程中，在耐水性植物和土壤共同作用下得以净化。 湿地处理可用于直接处理污水或深度处理。污水进入系统前需预处理，方法 有化粪池、格栅、筛网、初沉池和稳定塘等。 昆明理工大学硕士学位论文史献综述 2 2 人工湿地在污水处理中的应用 2 2 1 人工湿地的概念 湿地是指天然或人工、长久或暂时性沼泽地、湿原、泥碳地或水域地带；带 有静止或流动淡水、半咸水、咸水水体者，包括低潮时水深不超过6 米的海域“。 湿地是陆地与水体之间的过度地带，是一种高功能的生态系统，具有独特的 生态结构和功能，对于保护生物多样性，改善自然环境具有重要的作用。由于人 类的不合理开发，湿地资源在我国受到很大的破坏。在特殊的时期和环境条件下， 研究和建立人工湿地生态系统是对自然湿地生态系统的适度补充，也是对其功能 退化韵恢复性建设。 人工湿地是种人工建造和监督控制的湿地系统，它充分利用了天然湿地系 统净化污水的特点和自然生态系统中的物理、化学和生物的三重协同作用，通过 过滤、吸附、沉淀、离子交换、植物吸收和微生物分解来实现对污水的高效净化。 2 2 2 人工湿地的分类 人工湿地根据湿地中主要植物形式可以分为：1 、浮生植物系统：2 、挺水植物 系统：3 、沉水植物系统。沉水植物系统还处于实验室阶段，其主要应用领域在于 初级处理和二级处理后的深度处理；浮生植物系统主要用于n 、p 去除和提高传统 稳定塘效率。目前一般所指人工湿地都是指挺水植物系统。 人工湿地根据湿地中污水水面位置的不同可以分为两大类表面流和潜流 人工湿地。 1 ) 表面流人工湿地( s u r f a c ef l o ww e t l a n d s ) 表面流湿地( s f w ) 废水在填料表面漫流，与自然湿地最为相似。这种类型的 湿地具有投资少、操作简单、运行费用低等优点，但占地碰积较大，水力负荷较 小，去污能力有限。该湿地中氧的来源主要靠水体表面扩散，植物根系的传输和 植物的光合作用，但传输能力十分有限，湿地系统的运行受气候影响较大，夏季 有孳生蚊蝇的现象。绝大多数有机物的去除是由植物根、茎上的生物膜完成的， 因此这种湿地不能完全利用填料和丰富的植物根系。表面流人工湿地床的示意图 见图2 一l 。 昆明理工大学硕士学位论文义献综述 向 图2 1 表面流人工湿地床示意图 f i g 2 1t h es t r u c t u r eo fs f w 2 ) 潜流人工湿地( s u b s u r f a c ef l o ww e t l a n d s ) 潜流人工湿地系统根据水流方向及方式的不同又可分为水平流人工湿地系 统、立式流人工湿地系统( 上行流或下行流) 和潮汐流人工湿地。 a ) 水平流潜流人工湿地。( h o r i z o n t a lf 1 0 ww e t l a n d s ) 这类湿地因污水从一端水平流过填料床而得名。它由一个或多个填料床组 成，床体填充基质，床底设有防渗层，防止污染地下水。水在填料表面下渗流， 因而可充分利用填料表面和植物根系的生物膜及其他各种作用来处理污水。该湿 地的水力负荷和污染负荷比表面流人工湿地大，c o d c r 、b o b s 、s s 及重金属污染 物质的去除效果较好，卫生条件较好。但缺点就是占地面积大，相对于表面流入 工湿地而言，控制技术较为复杂，而脱n 除p 效果不如垂直流人工湿地。水平流潜 流人工湿地床的示意图见图2 2 。 图2 - 2 水平流潜流人工湿地床示意图 f i g 2 2t h es t r u c t u r eo fh f w 向 b ) 立式流潜流人工湿地( v e r t i c a lf l o ww e t l a n d s ) 立式流人工湿地( v f w ) 又称垂直流人工湿地。污水从湿地表面纵向流向填 料床的底部，床体处于不饱和状态，氧可以通过大气扩散和植物传输进入人工湿 地系统。垂直流人工湿地的硝化能力高于水平潜流湿地，可用于处理氨氮含量较 高的污水，水流状况集合t s f w 和h f w 的优点，但其缺点就是对有机物的去除能力 昆明理工太学硕士学位论文 文献综述 不如水平潜流人工湿地系统，尽管建造成本低于二级生物处理工艺，但与其他湿 地工艺相比，控制相对复杂，建造要求较高。垂直流潜流人工湿地床的示意图见 图2 3 。 图2 - 3 垂直流潜流人工湿地床示意图 f i g 2 - 3t h es t r u c t u r eo f v f w c ) 潮汐流人工湿地( t i d a lf t o ww e t l a n d s ) 潮汐流湿地( t f w ) 系统是近年来由伯明翰大学提出的。，他们利用芦苇床进 行了该试验。在这种湿地系统中，芦苇床交替地被充满水和排干，在向床内充水 的过程中空气被挤出，床的基底材料逐渐被淹没。当芦苇床完全被水所饱和以后， 水就全部被排出，在排水过程中新鲜的空气被带入床内，伯明翰大学的最新研究 成果表明，当水被排出芦苇床，有机污染物留在基底内时是氧消耗量最大的时刻。 因此，在排水过程中进入的新鲜空气可以看作是去除污染物的氧源。通过这种交 替的进水和空气运动，氧的传速速率和消耗量大大提高，极大地提高了芦苇床的 处理效果。但是，潮汐流湿地运行一段时间后，床体可能会被大量的生物所堵塞， 限制了水和空气在床体内的流动，降低了处理效果。因此，设计中考虑有备用床 交替运行，以便利用闲置期进行生物降解。 人工湿地的分类见图2 - 4 所示。 昆明理工是荦硕士学位论文 文献综述 图2 4 人工湿地系统的分类情况 f i g 2 - 4t h ec l a s s i f i c a t i o n so f c o n s t r u c t e d w e t l a n d s 2 2 3 人工湿地的结构和净化机理 人工湿地系统是人为设计的工程化的湿地系统，人工湿地污水处理系统净化 污水的机理是：湿地生态系统环境中所发生的物理、化学和生物学作用的综合效 应，包括沉降、吸附、过滤、分解、固定、离子交换、络和反应、硝化和反硝化 作用、营养元素的摄取、生命代谢活动的转化和细菌、真菌的异化作用等。现有 的研究基本上达成共识的是，人工湿她的污水净化效果与湿地的构成( 基质、水 生植物和微生物) 有着密切的联系，基质、植物和微生物在人工湿地系统净化污 水中起着重要的作用“7 。”1 。 2 2 3 1 基质 人工湿地中的基质又称填料，一般由土壤、细砂、粗砂、砾石或灰渣等构成， 这些基质一方面为微生物的生长提供稳定依附表面，同时也为水生植物提供了载 体和营养物质。当污水流经人工湿地时，基质通过一些物理和化学的途径( 如沉 淀、过滤，吸附和离子交换等) 来净化除去污水中的污染物。自由表面流湿地多 以自然土壤为基质，水平潜流和垂直潜流湿地基质的选择因特征污染物的不同而 不同，同时也会考虑便于取材、经济实用等因素。一般来说，采用潜流人工湿地 处理以s s 、c o b 和b o d 为特征污染物的污水时，根据水力停留时间、占地面积和出 昆明理工太学硕士学位论文义献综述 水水质等限制因素，可以选用土壤、细砂、粗砂、砾石或灰渣中的一种或几种基 质：以除磷为目的的人工湿地最好选用飞灰、石灰石或沸石等对磷吸附能力较好 的填料：以去除氨氮为目的时，最好选用煤灰、沸石、累托石等填料”1 。 2 2 3 2 植物 湿地中生长的植物称为湿地植