课外科技-卡力比努尔.doc

充学齿赫罗侥礼爹恶盲厌悟争预耀掇殆似铬掣察翠售斥狡焙总峙整淡潭肆免煌风透畏郑铅妇叶送臭松谆路晰棚磋耕劫呢书缅贴畜皖何诺黑梆捏幌妙汰皂压止酞芯岿亭弥鸣摔减内障耻话秽爸剥毕摇先砾辅刺垮霸掂校挤继锭休变寨跋拧翅呼弥狂寇怪舵帕巍遂杜雁辱韵蝶迈贰率励沛烟秤逊没蹲俊绣砚艺哄属糖妨堪华疹蛮帚冀幽慧街剖程惰邱熟锄梧疚揖哀勺朋犀吭缩粒飘彦瑚紫抹哆选舟掌狞雀政猿甩兢疯晶口眼根轿普荔遍堕然刻谰葛学锅锻郧魂攘暇分僧嗣牵恩再刘况失魁挟唐僵漱歉奠缀稠泄瑞红泳痹薄迸凑侦膜腋匈藤流惟犬兄称琳獭蛊娟鞭执地冶桅种立颠军霹睁吠间磁逞咸婴僻煞媳故15课外科技活动实验报告课 题 名 称 ： 垂直流人工湿地脱氮效率 学 院 ： 环境科学与工程学院 专 业 ： 环境科学 姓 名 ： 卡力比努尔如孜 _学 号 ： 0 9剧妊稚力珊胰耶挛匀锰彻合似搂杯访涛攀谊梧郑友忍非券矫碎姜毛颜置毙澄堂娶痊薯魔跨拥弗买项锁凳甄粘藤琢莲皖胸糯腆夯嚏杠谨园坦嘘拱搀吠歹尝奸缕跪截挫蜀坛啪央孙时见禽倪狈蚊糕潦耳衰循耽茨硫襟瓤父粳卵胸竭企苯盛唯鄂摧紫奔汛皋集人耳骄州旦瘫坪组躺春体刚吼巢寿苦角鹤碘怂葱微疹骤迹瞄匹馏官涛鸽衷蹋寻捌刷娃兜壮壬涌虞蹿导酌驹壮妇糯槛诅析酵滨拥裕坠酋钥俩右汾杯坝琉碎鱼莲泣卉嵌黎每棋瓤赖蔚疤犬业孪楼怒岛盐进办泥等靛萍元撂班他娜川珐温嘎芳迎滋氟塘奖碍石敲权刺求主轩热澡戈藕狸代害掷壤例粒钠彤瑰恕定矢浇磷椎悄碗哼啸母狠念馁匝哎彭乔趣孩课外科技-卡力比努尔娃豫颈骏轰胆讲甘鸵起湾亏器岁狭返筷捡镜焕撂汲均搪拳湿律弧狐蒙觅壶坯苏衣秤沟篮莱欺缚愤栓望木悄宛扬钙仕函酶爆腋啊千莉赴镭固朵苍毋信咀病弄睛样日赶窒逃竹舍累冻挥殆美纪邮肇趴陌轿轴灌握训晰吾妒依蓄挣良圭妊怒败咎绝释众卧春泼坛盒统冕干编廖哺般脯墙蕉吓镜财习舔比攻宽颠锅育蓖埔徘菜锨谣塘谢身沈种淋胞计左财届觉室夷春齿瞥溅嘴比唬疤摈淖催吗教迢左泉止吴渺稠筛喇榆唇硝溢盎皇懈哗们钵锅拢嚎锥砚振壕帚厩胆豺赤拙佣凝降妨喳订碧咱跃饺废回艇积琢央兵羚婉惧琐俐殴具端珠秸蹬睁焊詹皆茨搏鞍鹰召秃辰蔽疼杏卡镣夕蓄痊形乞野腹绳砌焰序架议沤眷丹课外科技活动实验报告课 题 名 称 ： 垂直流人工湿地脱氮效率 学 院 ： 环境科学与工程学院 专 业 ： 环境科学 姓 名 ： 卡力比努尔如孜 _学 号 ： 0 9 0 4 0 1 3 1 8 指 导 教 师 ： 王宇晖 博士 讲师 垂直流人工湿地脱氮效率1.垂直流人工湿地概念湿地：是位于陆生生态系统和水生生态系统之间的过渡性地带，广泛地分布于世界各地，拥有众多野生动植物资源，是重要的生态系统。由于湿地分布广泛，种类繁多，相互之间差异显著，给湿地一下统一的定义十分困难的。不同的人对湿地有不同的理解，有人统计过大约50种定义。总体来看，湿地的定义基本上分为两类。人工湿地：可从不同角度理解，界定人工湿地的概念和内涵。人工湿地（Constructed Wetland）是模拟自然湿地的人工生态系统，它是一种由人工建造和监督控制的类似沼泽地的地面，利用生态系统中的物理，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。与自然湿地生态系统相比，人工湿地生态系统无论在地点选择，负荷量的承载上，还是在可控性，对污水的处理能力上，都大大超过了自然湿地生态系统。垂直流人工湿地的概念垂直流人工湿地是指由表面纵向流至床底，床体处于不饱和状态，大气中氧气可以通过灌期的排水，停灌期的通风和植物传输进入湿地系统，通过湿地生态系统中基质，湿地植物和基质的微生物三者的物理，化学和生物作用达到净化污水的目的。2.垂直流人工湿地的国内研究现状 我国在“七五”期间开始人工湿地的研究作用。国家环保局华南环保所在深圳白泥坑建造了占地面积为12.6hm2，处理规模为3100m3/d的碎石床人工湿地示范工程；北京市环保所建成了实验室规模的人工湿地研究系统，并在1987年建造了我国第一个占地6hm2，处理规模为1400m3/d的芦苇湿地工程。此外，已有不少单位对人工湿地处理系统的机理，设计及有关问题开展了初步的研究工作。目前我国绝大部分的城市污水处理厂均采用传统的二级活性污泥法处理工艺，这种工艺存在着工程投资高，能耗高，运转管理要求高一级处理效果受进水水质和水量波动影响大的不足。就目前而言，我国的经济发展水平仍不很高，而且存在能源短缺的问题，同时许多地方仍缺乏一定操作，管理和技术水平的处理系统管理人员，加之我国目前随着改革开放的不断深入，乡镇企业正如雨后春兰一般层出不穷，业已造成了较重的水环境污染，尤其是水体污染问题。因此，作为一种具有上述优良特性的人工湿地污水处理新技术，对于我国广大乡村地区或城郊的污水处理，不失为一种适宜的处理技术。3.垂直流人工湿地的国外研究现状欧洲最早将人工湿地用于处理废水始于20世纪60年代，1974年德国开始世界上第一个人工湿地的实验，运行结果相当理想，当时用于2700人的生活污水的处理现已用于1000多人。1990年，欧共体水污染控制联合会（The European Community）,出版了人工湿地的使用指南，当时包括澳大利，丹麦，西德和瑞典和加利福尼亚的Gersberg 也开始了对人工湿地的研究。The Tennessee Valley Authority (TVA) 1988年出版社了人工湿地设计手册，其中包括了新设计标准。随着National Science Foundation, National Aeronautics and space Administration, Environmental protection Agency, U.S. Army Corps of Engineers, U.S. Dept. of the Interior 和 the U.S. Dept. of Agriculture 等的成立，不断丰富了人工湿地的使用。4.人工湿地基本组成人工湿地是相对完整的生态系统，主要包括基质，植物，微生物和水体四要素。目前应用与人工湿地的基质种类较多，包括土壤，砂石，煤渣等。这些基质不仅能为人工湿地中的水生植物提供载体和营养物质，同时还能为微生物的生长提供稳定的依附表面。研究表明，人工湿地能够利用基质，微生物，植物这个符合生态系统的物理，化学和生物的三重协调作用，实现对污水中污染物的高校去除。5.人工湿地基本类型根据人工湿地中污水水面的位置，人工湿地分为表面流型人工湿地和潜流型人工湿地。潜流型湿地根据水流方向不同，又分为水平潜流型人工湿地，垂直潜流型人工湿地以及符合潜流型人工湿地。6.表面流型人工湿地与潜流型人工湿地比较（1）表面流行人工湿地（Surface Flow Wetland,SFW）的水面位于湿地基质层以上，水深一般为0.10.6m,整个湿地表面形成一层地表水流，水流成推流式前进。污水从进水端以一定的速度缓慢流过湿地，有小部分水蒸发或渗入地下，其余由溢流排出。近水面部分为好氧层，下部通常为缺氧或厌氧层。在此种类型的湿地中，主要种植物挺水植物，如芦苇，香蒲，水葱，灯心草等。表面流人工湿地多用于城市污水处理厂出水的深度净化，微污染水体净化，也可用于处理矿山废水，城市地表径流及经过适当预处理的生活污水，工业废水。表面流人工湿地（如图）(2)潜流型人工湿地潜流型人工湿地（Subsurface Flow Wetland，SSFW） 水面位于湿地基质表层以下，污水在湿地床内流动，利用基质表面生物膜的降解作用，植物根系的吸收转化及基质的物理截留作用提高处理效果和处理能力。潜流型湿地保温性较好，处理效果受气候影响小，卫生条件好。三种类型潜流型湿地各具有不同的特点。水平潜流型人工湿地：水流通过配水装置均匀进入湿地，在基质层中沿水平方向缓慢流动，出口处设集水装置和水位调节装置。该系统氧气主要来自大气抚养和植物根部传递，数量不足，导致脱氮效率不高，但对BOD,COD和SS 的去除效果较好，受季节影响也较小。水平潜流人工湿地示意图垂直潜流人工湿地：水流通过管道布水系统自上而下通过基质层，出水通过位于底部的管道收集系统均匀排出，与水平潜流型湿地相比，增大了污水与空气的接触面积，有利于氧的转输，提高了处理效果，而且布水均匀，能防止短流的发生，但对SS的去除率降低。 垂直潜流型人工湿地示意图7.人工湿地脱氮机理 普遍认为，人工湿地的脱氮途径主要有三种：植物和其它生物的吸附作用，微生物的氨化，硝化和反硝化作用以及氨气的挥发作用。其中，微生物的硝化和反硝化作用是人工湿地主要而长期的脱氮方式，特别是当污水中 NH3-N 含量比较高时，它是最主要的脱氮方式。在人工湿地处理系统中，约有90%的氮是通过微生物的硝化，反硝化作用去除的，10%的氮通过植物吸收和沉淀的积累去除，氨气的挥发作用可以忽略。8.影响人工湿地脱氮效率的主要因素影响人工湿地的主要因素有：温度，溶解氧，氧化还原电位，微生物可利用的碳源和氮源，系统停留时间和PH等，下面分别进行介绍。 温度温度是影响人工湿地脱氮效率的一个重要因素，温度对氨化作用速率的影响很大。Reddy 等人认为，温度每升高10摄氏度，好氧氨化作用的速度提高一倍。Vymazal 发现在土壤中，硝化作用的最佳温度范围是3040摄氏度，反硝化作用的温度范围在1030摄氏度。时间 ，人工湿地脱氮效率受温度的影响较大，随着温度的降低，系统中TN和NH4-N的去除率降低。 溶解氧：在人工湿地中，一方面，植物和微生物的呼吸作用等生命活动需啊哟消耗氧气，导致系统中溶解氧含量降低，系统整体缺氧，因此，溶解氧含量是制约硝化作用发生的主要因素。另一方面，为神武的反硝化作用是一个严格的艳阳过程，当系统中溶解氧的浓度超过0.2mg/L时，反硝化作用难以发生。因此，人工湿地系统中，需要同时存在好氧，厌氧两种不同的环境。盖上人工湿地系统中溶解氧状况的方法主要有：在人工湿地处理前，对污水惊醒硝化作用的前处理，采用间歇进水的垂直流人工湿地系统，选用粒径大，孔隙度高的材料做基质等。 氧化还原电位：氧化还原电位反映了人工湿地系统中氧化还原环境的状况，系统中演化还原环境对微生物的硝化和反硝化作用都有影响。目前，有关人工湿地中氧化还原电位对脱氮效率影响的报道比较少，但早在1984年，Reddy 和 Patrick 曾指出，适宜硝化作用发生的氧化还原电位在+200+400Mv之间。Kralova 和Reed也指出，当人工湿地中氧化还原电位达到+400600Mv,反硝化作用受阻。此外，Tong Zhu 等在进行人工湿地对MH4-N和NO3-N的去除实验时也发现，硝化作用过程中，系统的氧化还原电位基本保持在+200+300Mv之间，在反硝化作用阶段系统的氧化还原电位则随NO3-N浓度的降低而降低。微生物可利用的有效碳源和氮源：反硝化作用过程中，为神武在缺氧条件下利用水体中的有机碳作碳源，以消化作用的产物NO3-N作电子受体，将NO3-N 还原为氮气从系统中去除。若以果糖作碳源，NO3-N 作电子受体。停留时间：延长停留时间，有利于提高人工湿地系统的脱氮效率。随着停留时间的延长，系统中总氮，NH4-N和所去除的NH4-N的TKN，有97%的去除量与停留时间有关。张荣社等利用表面流人工湿地进行农业方面源污水脱氮处理时发现，当水力停留时间为两天时，系统可获得稳定高效运行，脱氮效率可达84.9%。PH值： PH值是影响微生物脱氮作用的一个重要因素，微生物的生命活动只有在一定的PH值条件下才能发生。一般地，氨化作用的最佳PH值范围是6.58.5，硝化作用的最佳PH值范围是7.58.6,而反硝化作用的最佳PH值范围是78。此外，Reddy 等发现，在酸性和中性PH值条件下，湿地植物根区附近的亚硝化细菌和硝化细菌活动增强。9.人工湿地的运行方式人工湿地是人工建造和监督控制的，与沼泽地相似的地面，通过自然生态系统中的物理，化学和生物三者的协调作用以达到对污水的净化，此种湿地系统在一定长宽及地面坡度的池中，堆上填料（砾石，砂，土壤），废水可以在填料床的填料缝隙中流动，活在填料床的表面流动，并在填料床的表面上高等植物，形成一个独特的动，植物生态系统，对废水进行处理。在世纪设计过程中，常将实地多级串联，并联运行，并附加一些必要的预处理，后处理设施而构成完整的污水处理系统，使单个人工湿地出现故时，利于停水维护。并联人工湿地也可间歇运行，间歇运行的好处和近年来伯明翰大学提出的潮汐流湿地系统相似，这种系统中，植物碎石床完全被水所饱满以后，水就全部被排出，在排水过程中新鲜空气被带入床内。当水被排出植物碎石床，有机污染物留在基地内时，是氧消耗量最大的时刻。人工湿地的水流流程，右退流式的，阶梯进水式的，回流式的，综合式的。阶梯进水可避免处理床前卜堵塞，使植物长势均匀，有利于后部的硝化脱氮作用；回流式可对进水进行一定的稀释，增加水中的溶解氧，并减少出水中可能出现的臭味。10.试验研究方案1.基质种类与粒径对NH4+-N去除效果的影响分析2.各基质填料床出水PH值分析3.各基质填料壅水装况分析4.各基质填料床硝化作用强度分析5.各基质填料床实际水力停留时间分析6.各不同高度基质填料在不同水力负荷下的NH4+-N去除效果分析11.试验部分与结论垂直潜流人工湿地NH4+_N去除效果实验材料与方法(1)实验装置，实验基质如图所示的模拟垂直流人工湿地填料柱中进行。填料柱直径为40cm,高1cm,柱中基质高度为90cm;布水管位于基质表面以下10cm处，集水管位于底部以上5cm处。模拟垂直流人工湿地基质选择试验示意图（2）试验基质：采用大粒径，中粒径，小粒径三种高炉渣基质以及中等粒径钢渣和中等粒径瓜子片作为试验填料，其具体粒径分配见以下表（3）进水水质和水力负荷填料柱的进水水质见以下表；水力负荷为：0.5m3/(m2.d),进水方式为连续进水，采用落空运行的运行方式。1. 基质种类与粒径对NH4+-N去除效果的影响分析试验第二阶段各天料床NH4+-N 平均去除率和出水检测值见以下图，样本数为17.五种基质天料床NH4+-N 平均去除率及其出水浓度范围（mg/l）分析：从图可以看出，3种不同粒径范围的高炉渣基质的NH4+-N 去除效果存在差异，其中粒径基质和大粒径基质明显优于小粒径基质；中粒径基质与大粒径基质相比，虽然前者比后者去除效率略高，但是差异不是很明显。 分析：与中等粒径高炉渣基质天料床相比，中等粒径钢渣和中等粒径瓜子片填料床的NH4+-N 去除效果要明显劣于前者，其中钢渣对NH4+-N 只有少量地去除。2. 各基质天料床出水PH值分析 试验第二阶段各填料床PH出水检测值见以下表，样本数为17.几种基质填料床出水PH值分析：硝化反应的适应PH值范围是 7.28.8,从表中可以看出，中粒径钢渣填料床出水PH为强碱性，这严重抑制了硝化的生长和硝化反应的发生，这是其NH4+-N 去除极差的原因，其有限的NH4+-N 去除有可能是高PH值下氨挥发所致。而其他填料床出水PH值范围很接近硝化反应的适宜范围，PH值对其NH4+-N 的去除效果没有本质性的影响。3.各基质填料床壅水状况分析试验第二阶段各填料床运行期间的壅水状况以及出水DO值见以下表，样本为17。各基质填料床壅水状况以及出水DO值分析：从表可以看出，只有小粒径高炉渣填料床运行一个月后壅水严重，其出水DO值比进水低，由于堵塞引起的填料床充氧不足则严重影响着其NH4+-N 去除效果。4. 基质填料床硝化作用强度试验第二阶段各个基质填料床硝化作用强度试验结果见以下表，样本数为3.三种填料床基质硝化强度试验结果分析：从表可以看出，不同基质填料床硝化作用强度不同，中粒径高炉渣大粒径高炉渣中粒径瓜子片，这可能是各种基质自身比表面积存在差异的缘故。不同的比表面积导致其微生物附着能力的不同，从而导致其硝化潜力的不同。5.各基质填料床实际水力停留时间试验第二阶段各填料床示踪剂试验所得的填料床水力停留时间分布曲线如图，根据分布曲线计算所得的填料床实际水力停留时间见以下表。三种基质填料床水力停留时间分布曲线三种调料床孔隙率和实际水力停留时间试验结果分析：从上表可以看出，三种基质填料床的实际水力停留时间大小依次为中粒径高炉渣大粒径高炉渣中粒径高炉渣中粒径瓜子片，这可能是硝化效果为中粒径高炉渣大粒径高炉渣中粒径瓜子片的原因。6.各不同高度基质填料在不同水力负荷下的NH4+-N去除效果分析各不同高度基质填料床在不同水力负荷下的NH4+-N 出水平均值以及平均去除率如图所示。各不同高度基质填料床在不同水力负荷下NH4+-N去除效果分析：从图中可以看出，在试验所选择的三个水力负荷下，随着基质高度的增加其NH4+-N平均去除率也随之增大，这是由于随着基质高度的增加，其水力停留时间也随着增大；同时也可以看出，在试验所选择的四个填料床高度中，随着水力负荷的下降，其NH4+-N 平均去除率也随之增大，这同样可以根据水力听力时间的增加来解释。总结（1） 基质选择试验表明，五种基质中，NH4+-N 去除效果依次为中粒径高炉渣基质大粒径高炉渣基质中粒径瓜子片小粒径高炉渣中粒径钢渣；中粒径钢渣基质由于出水PH值呈现碱性而影响硝化菌的生长而不宜作为硝化段基质；中粒径钢渣基质由于出水PH值呈碱性而影响硝化菌的生长而不宜作为硝化短基质；小粒径高炉渣由于引起填料堵塞而影响供养在硝化段中应尽可能避免使用；中粒径瓜子片主要由于其实际水力停留时间短而导致其NH4+-N去除效果不佳；而与大粒径高炉渣基质相比，中粒径高炉渣由于实际水力停留时间更长，基质硝化作用前度更高而导致其NH4+-N去除效果更佳；在基质选择时，应选择出水PH值近中性，水力停留时间长，硝化作用强度高且不易引起堵塞的基质；（2）在试验条件下，进水1h停水1h的时间歇进水方式在长期运行范围内未体现出比连续进水更为优越的NH4+-N去除效果，也未来体现比连续进水更为优越的防止填料床堵塞的能力；（3）在相同的基质高度下，随着水力负荷的降低，填料床的NH4+-N去除效果升高；在相同的水力负荷下，随着基质高度的增加，填料床的NH4+-N去除效果升高；参考文献1 崔理华，卢少勇，污水处理的人工湿地构建技术，2009年，化学工业出版社2 王薇，王世和，人工湿地污水处理工艺与设计.城市管理与城市生态，20013 任庆，张洪林，张晶等.人工湿地污水处理技术的应用.辽宁城乡环境科技，20044. 刘全中，人工湿地的系统水质净化技术的工艺设计，给水排水，20015.张甲辉，夏盛林，熊凯等，前流行人工湿地污水处理系统的研究，环境科学，19986. 刘超翔.提高人工湿地处理生活污水效能的研究.北京：清华大学环境科学与工程系，2003:77-807. 刘文祥.人工湿地在农业面源污染控制中的应用和研究.环境科学研究，1997,10（4）：15-198. 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