不同基質(zhì)對(duì)人工濕地處理農(nóng)村污水的影響

戚樵騏匐兗文強(qiáng)JINGDEZHENCERAMICINSTITUTE外文翻譯不同基質(zhì)對(duì)人工濕地處理農(nóng)村污水的影響Impactsofdifferentmediaonconstructedwetlandsforrural

householdsewagetreatment學(xué)號(hào)：201110220209姓名：肖某人專業(yè)班級(jí)：13級(jí)環(huán)境工程二班指導(dǎo)老師：朱華清副教授完成日期：2017-05-09材料科學(xué)與工程學(xué)院前言人工濕地系統(tǒng)已被用于處理各種生活污水和工業(yè)廢水，是一種具有較高經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益的污水處理技術(shù)，尤其適用于農(nóng)村污水處理。系統(tǒng)中填料在濕地污水處理過(guò)程中起著重要的作用。本文通過(guò)對(duì)傳統(tǒng)濕地的一般操作和處理問(wèn)題的分析，設(shè)計(jì)了不同的人工濕地基質(zhì)對(duì)農(nóng)村生活污水進(jìn)行處理。在使用同種植物的基礎(chǔ)上,選用,即麥飯石，鋼渣，竹炭和石灰?guī)r基質(zhì)構(gòu)建人工濕地系統(tǒng)，研究它們的效果。結(jié)果表明，四種不同的填料的組合對(duì)農(nóng)村生活污水污染物的去除效果良好。以上四種填充物的理論最大吸附能力強(qiáng)弱對(duì)比：麥飯石＞鋼渣＞竹炭＞石灰?guī)r。廢水水質(zhì)符合《市政污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》一級(jí)排放標(biāo)準(zhǔn)(gb18918-2002)?；|(zhì)填料的選擇對(duì)人工濕地污水處理系統(tǒng)的運(yùn)行結(jié)果具有重要的意義。1.介紹在很長(zhǎng)一段時(shí)間里，由于水污染治理資金不足，以及中國(guó)農(nóng)村對(duì)水資源和環(huán)境保護(hù)的認(rèn)識(shí)不足，農(nóng)村生活污水未經(jīng)處理直接排放，成為湖水，地下水和江河水等水資源水質(zhì)下降的主要原因。因此，研究農(nóng)村生活污水處理技術(shù)，探索合適的處理模式，促進(jìn)社會(huì)主義新農(nóng)村建設(shè)，具有重要的實(shí)際意義。人工濕地污水處理系統(tǒng)是通過(guò)對(duì)自然濕地的模擬，利用自然生態(tài)系統(tǒng)在物理、化學(xué)、生物等方面的三重協(xié)同效應(yīng)，達(dá)到污水凈化的效果。根據(jù)適當(dāng)?shù)拈L(zhǎng)寬比和地面坡度，使用一定大小的顆粒填料和水生植物，共同構(gòu)成了人工濕地污水處理系統(tǒng)。水生植物一般都具有觀賞性，以及良好的可塑性，較高的存活率，很強(qiáng)的耐水性，長(zhǎng)時(shí)間生長(zhǎng)的周期和較高的經(jīng)濟(jì)價(jià)值；與水生動(dòng)物和微生物一起形成了一個(gè)獨(dú)特的動(dòng)植物環(huán)境。當(dāng)污水流經(jīng)植物根系表面和基質(zhì)填料之間的孔隙，通過(guò)過(guò)濾、吸附、沉淀、離子交換、植物吸收、微生物分解等途徑達(dá)到對(duì)污水的有效凈化。本文對(duì)人工濕地的研究主要是在濕地中進(jìn)行的。是在上個(gè)世紀(jì)七十年代開(kāi)始發(fā)展的；人工濕地污水處理系統(tǒng)的主要運(yùn)作方式是通過(guò)人工使污水流經(jīng)人工濕地，使?jié)竦氐乃参锝?jīng)常處于淹沒(méi)狀態(tài)，通過(guò)耐水植物、土壤和微生流的協(xié)同作用達(dá)到對(duì)污水的凈化作用。由于人工濕地污水處理技術(shù)在指導(dǎo)、設(shè)計(jì)和操作管理等方面的應(yīng)用，使其擁有了更大的處理能力和更高的處理效率，從而得到更廣泛的應(yīng)用。近年來(lái)，隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展和水資源的日益枯竭，人工濕地由于其污水處理效率高、成本低等優(yōu)秀的性能，引起了全世界大多數(shù)國(guó)家的關(guān)注。人工濕地系統(tǒng)已經(jīng)用于治理多種的廢水，主要包括工業(yè)廢水、農(nóng)村污水，城市污水和非點(diǎn)源污染，特別是城市生活污水和非點(diǎn)源污染。目前，人工濕地已發(fā)展成為一種污水處理技術(shù)，具有較高的經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益，尤其適合農(nóng)村污水處理。在污水處理中，建造人工濕地的關(guān)鍵要素是植物和基質(zhì)。人工濕地系統(tǒng)中的基質(zhì)填料可通過(guò)沉淀、過(guò)濾和吸附來(lái)攔截污水中的主要污染物。它也是構(gòu)成濕地的其他活性元素（植物和彳生物）存活的物質(zhì)。因此，填料的選擇在人工濕地中扮演著重要的角色，對(duì)污水達(dá)到了有效的凈化。目前，典型的人工濕地填料是沸石、蛭石、礫石、石灰石、粉煤灰、礦渣、勇氣和土壤、粘土礦物和一些工業(yè)副產(chǎn)品?；|(zhì)是人工濕地的載體；其自身的物理和化學(xué)性質(zhì)可能直接影響整個(gè)系統(tǒng)的污水處理效率。此外，當(dāng)人工濕地基質(zhì)填料具有較大的比表面積，這可以提高濕地的液壓和機(jī)械性能，為微生物的粘合提供了更大的表面積，從而提高系統(tǒng)對(duì)污染物的去除能力。因此，選擇適當(dāng)?shù)幕|(zhì)填料對(duì)人工濕地污水處理系統(tǒng)的運(yùn)行效率具有重要意義。人工濕地中的基質(zhì)填料在污水處理過(guò)程中起著非常重要的作用。目前，濕地的處理過(guò)程廣泛應(yīng)用了砂、土、礫石和其他襯底填充劑。投資成本低，經(jīng)濟(jì)效益高，但這些填料對(duì)氮和磷去除效率并不理想；因此，專家們不斷開(kāi)發(fā)新的濕地填料，并進(jìn)行了不同程度的測(cè)試。Smoletal(2015)用碎石塊和砂礫土作人工濕地填料來(lái)測(cè)試對(duì)生活污水處理的效果。結(jié)果表明砂礫土的除磷效率非常好，但氨氮去除效率要小得多。Anetal(2014)表明,天然沸石可以有效地吸收自來(lái)水中的氨氮,從而有效地減少其氨氮濃度。侯賽因和阿齊茲(2011)研究了三種填料在人工濕地中對(duì)污染物的去除能力，分別是沸石、混凝土和石灰?guī)r，結(jié)果表明，在濕地系統(tǒng)中沸石和石灰石、混凝土對(duì)氨去除效率是非常好的。同時(shí)，cuietal(2013)通過(guò)對(duì)不同濕地填料的去除效率的比較，認(rèn)為沸石對(duì)氨氮去除效率明顯高于礫石，但除磷效率只有礫石的20%。Vohlaetal(2011瘦用粉煤灰作為基質(zhì)填料在濕地系統(tǒng)中開(kāi)展對(duì)生活污水的凈化試驗(yàn)研究，并通過(guò)比較以礫石作為濕地系統(tǒng)填料時(shí)對(duì)污染物的去除效率。結(jié)果表明，以粉煤作為人工濕地填料時(shí)，系統(tǒng)對(duì)氮、磷和有機(jī)物質(zhì)的去除效率是最好的，其中氨氮去除效率，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于以礫石為人工濕地系統(tǒng)填料時(shí)的去除效率。Cui和Ouyang(2015期煤灰和人工土作為人工濕地填料演示了化糞池污水在潛流人工濕地系統(tǒng)中的處理效果，TP廢水濃度達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)。Zhangetal(2015)還成功地使用沸石去除城市污水中的氨氮。本文通過(guò)對(duì)傳統(tǒng)濕地的低效操作和處理方法的分析，設(shè)計(jì)了不同的人工濕地填料，為農(nóng)村生活污水處理提供了不同的設(shè)計(jì)方法。在構(gòu)建人工濕地系統(tǒng)中使用了相同的植物，四種不同填料：麥飯石、鋼渣、竹炭和石灰?guī)r，對(duì)農(nóng)村生活污水處理進(jìn)行了測(cè)和研究，以研究其對(duì)污染物的去除效率。2實(shí)驗(yàn)部分實(shí)驗(yàn)儀器和方法實(shí)驗(yàn)采用階梯式構(gòu)造濕地，屬于復(fù)合型垂直潛流濕地。結(jié)構(gòu)如圖1所示。梯形混凝土池的高度為160厘米，基底長(zhǎng)度為3厘米，基底長(zhǎng)度為1.7厘米，底層總厚度為80厘米，底層頂部40厘米厚的土層，進(jìn)水橫流墻的高度為140厘米，流入的沉積池?fù)醢宓母叨葹?20厘米，大型礫石層位于進(jìn)水方向沉積池?fù)醢逑旅?，進(jìn)水通道與大礫石層之間存在一定程度的連通性，污泥沉積池?fù)醢宓母叨葹?00厘米，流出物儲(chǔ)層擋板的高度為80厘米。該設(shè)備的工作原理是農(nóng)村生活污水通過(guò)進(jìn)水管進(jìn)入混凝土池塘，然后進(jìn)入污水沉淀池沉淀，接著從進(jìn)水儲(chǔ)層擋板溢出，滲入基層流入渠道。這意味著當(dāng)從進(jìn)水沉積池的底部滲透到基底層時(shí)，從底部到頂部穿過(guò)底層填料層和土層，過(guò)濾后通過(guò)污水沉積池?fù)醢逡缌魅胛鬯练e池，當(dāng)污水沉積池充滿時(shí)再次溢出到污水池。濕地土壤層有水生植物。穿孔管和取樣管沿著濕地表面的中間垂直設(shè)置，提取水樣，測(cè)量濕地內(nèi)的溶解氧，溫度，pH值等參數(shù)值。該儀器從2012年4月至2012年8月運(yùn)行，運(yùn)行狀況良好。在這個(gè)實(shí)驗(yàn)中，水力停留時(shí)間（HRT）被設(shè)置為7天。對(duì)污水中的COD、濁度、NH3-N、TN和TP測(cè)量連續(xù)7次，并計(jì)算其最終去除效率。澆笳池慵水牛植物煤彬/惇潔；昆合層進(jìn)水池圖1樓梯構(gòu)造濕地示意圖Fig.1.Schematicdiagramofstaircaseconstructedwetland水質(zhì)分析方法根據(jù)2002年人民衛(wèi)生環(huán)境保護(hù)部《水污染監(jiān)測(cè)分析方法》的測(cè)定方法，每周分析各采樣點(diǎn)進(jìn)水和出水水樣的水質(zhì)，使用重銘酸鉀法測(cè)定COD,即堿性過(guò)

硫酸鉀消化紫外分光光度法；使用Nessler試劑比色法測(cè)定NH3-N;NH3-N采用分光光度法和苯酚二磺酸分光光度法；TP采用鋁酸俊分光光度法；懸浮固體（SS）采用重量法;pH采用電極法；并在現(xiàn)場(chǎng)采樣后立即使用YSL5000DO儀測(cè)量溶解氧（DO）。使用FISH方法測(cè)量構(gòu)建的濕地基質(zhì)中的硝化細(xì)菌數(shù)；用MPN法測(cè)定脫氮菌數(shù)。3結(jié)果和分析不同底物對(duì)COD濃度的影響研究表明，不同的底物在COD去除效率上起著一定的作用，因?yàn)榈孜锉旧聿粌H可以吸收一些無(wú)機(jī)污染物，而且具有較大表面積的底物可以為微生物的繁殖和作用創(chuàng)造良好的生活條件，因此可以更有效地進(jìn)行污水中水污染物的有效吸附，吸收和降解。從圖2中可以看出，在四種基材中，麥飯石和鋼渣的COD去除效率最好，麥飯石系統(tǒng)的去除效率優(yōu)于鋼渣系統(tǒng)；隨著HRT的增加，COD去除效率逐漸提高，最終變得平滑。石灰石系統(tǒng)的去除效率較低，隨著HRT的增加，COD去除效率有所改善。HRT四天后，去除效率保持不變；當(dāng)HRT為5天時(shí)，所有四個(gè)基板的COD去除效率均穩(wěn)定。當(dāng)HRT為7天，麥飯石、鋼渣、竹炭和石灰石的COD去除效率分別為79.7%,73.6%,81.3%和67.6%。最終流出液中的平均COD濃度分別為51.2mg/L,61.3mg/L,53.2mg/L和93.4mg/L。在這四種基質(zhì)中，竹炭和鋼渣具有較大的比表面積，而麥飯石相對(duì)較軟，因此它對(duì)污染物的攔截、吸附和吸收效率更好，同時(shí)提供了更有利的微生物生長(zhǎng)環(huán)境。因此，麥飯石和鋼渣的COD去除效率優(yōu)于石灰石和竹炭。8060<40120F/8060<40120F/c'u』巧EI-BAemlH圖2COD去除效率隨HRT的變化VariationsofCODremovalefficiencywithHRT不同基質(zhì)對(duì)濁度濃度的影響如圖3所示，四種基質(zhì)填料的濁度去除效率趨勢(shì)非常相似。隨著HRT的增加，濁度去除效率提高。當(dāng)HRT為4天時(shí)，鋼渣，石灰石，麥飯石和竹炭對(duì)濁度去除效率分別為88.7%,70.7%,89.7%和67.6%。隨著HRT不斷增加，濁度去除效率的提高不太明顯。底物的濁度去除效率主要取決于底物比表面積的吸附和形成大生物膜的大量粘附微生物，起著過(guò)濾作用。因此，對(duì)于孔徑小的填料，濁度去除效率更高。鋼渣，麥飯石和竹炭具有粒徑小，形狀不規(guī)則的特點(diǎn)，而麥飯石和竹炭材質(zhì)更柔軟，更易于吸附污染物，因此其濁度去除效果更好。當(dāng)HRT達(dá)到5天時(shí)，所有四種底物的平均出水濁度分別達(dá)到16.4NTU,26.3NTU,5NTU和13.3NTU。使用這四種底物人工濕地污水處理系統(tǒng)處理農(nóng)村生活污水，污水濁度指標(biāo)將達(dá)到“城市污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)”(GB18918-2002)第一類A標(biāo)準(zhǔn)。HRT/d圖3濁度去除效率隨HRT的變化VariationsofturbidityremovalefficiencywithHRT3.3不同基質(zhì)對(duì)TP濃度的影響人工濕地的TP去除率主要取決于人工濕地的基質(zhì)層底物，水生植物和微生物，以及三者的綜合作用。人工濕地基質(zhì)填料在TP去除中起著最重要的作用，水生植物和微生物的綜合作用僅次于填料底物。在四個(gè)基質(zhì)系統(tǒng)中，微生物與磷復(fù)合物的轉(zhuǎn)化是TP純化過(guò)程的一個(gè)限制因素；濕地基質(zhì)的穩(wěn)定性增強(qiáng)了TP吸附和微生物的吸收。鋼渣系統(tǒng)的除磷效率比其他基材強(qiáng)。此外，隨著HRT的增加，鋼渣系統(tǒng)的除磷效率保持在高水平，而石灰石，麥飯石和竹炭系統(tǒng)的去除效率相對(duì)較差。

從圖4中可以看出，當(dāng)HRT達(dá)到5天時(shí)，石灰石系統(tǒng)的TP去除效率開(kāi)始下降。這可能是因?yàn)槭沂谋缺砻娣e很小，因此當(dāng)?shù)孜镂竭_(dá)到飽和點(diǎn)時(shí)，TP去除僅依賴于吸附和降解。當(dāng)HRT超過(guò)6天時(shí)，竹炭系統(tǒng)的TP去除效率也下降，鋼渣和麥飯石的去除能力逐漸平緩飽和。這表明當(dāng)HRT在6天左右時(shí)，污水中的TP去除更徹底。因此，當(dāng)HRT到6天時(shí)，鋼渣，石灰石，麥飯石和竹炭系統(tǒng)的TP去除效率分別為83.5%,55.2%,78.6%和69.2%。最終流出物的平均TP濃度指數(shù)分別為0.21mg/L,0.59mg/L,0.38mg/L和0.40mg/L。o10求二0-=』七』3一豈80o10求二0-=』七』3一豈80604020圖.4.TP去除效率隨HRT的變化VariationsofTPremovalefficiencywithHRT3.4不同基質(zhì)對(duì)TN濃度的影響從圖5中可以看出，隨著HRT的增加，所有四種底物的TN去除效率均持續(xù)增長(zhǎng)；當(dāng)HRT大于5天時(shí)，基質(zhì)對(duì)TN去除量穩(wěn)定。除了填料和植物的吸收外，TN去除也是影響因素，如氨的揮發(fā)，底物吸附和過(guò)濾，硝化反硝化反應(yīng)等等其中TN去除主要依賴于微生物的硝化和脫氮。水生植物根系發(fā)育越發(fā)，基質(zhì)穩(wěn)定性越高，比表面積越大，為硝化細(xì)菌提供了良好的養(yǎng)殖環(huán)境。也就是說(shuō)，良好的有氧微環(huán)境更有利于TN的充分硝化；因此，鋼渣和麥飯石的處理效率優(yōu)于石灰石和竹炭。當(dāng)HRT為6天時(shí)，鋼渣，石灰石，麥飯石和竹炭系統(tǒng)的TN去除效率分別為74.4%,50.1%,79.2%和69.2%。最終效果的平均TN濃度指數(shù)分別為6.92mg/L,13.71mg/L,8.87mg/L和11.4mg/L。

o10/::=之=一三「二二H3一o10/::=之=一三「二二H3一80604020OIini*sfnni-QMaihnitf.FfunkhmFfhut^mil4RT/dHR圖。TN去除效率隨HRT的變化VariationsofTNremovalefficiencywithHRT3.5不同基質(zhì)對(duì)NH3-N濃度的影響研究發(fā)現(xiàn)，人工濕地污水處理系統(tǒng)污水處理效率與濕地基質(zhì)之間存在著明顯的關(guān)系。濕地微生物生物量越多，污染物去除效果越好。硝化細(xì)菌和脫氮細(xì)菌數(shù)量對(duì)NH3-N去除效率有很大的影響；硝化和反硝化是濕地系統(tǒng)去除TP和TN的主要方式，而水生植物和底物一起提供的微生物生物環(huán)境決定了有利于微生物生長(zhǎng)的條件。然而，NH3-N去除效率也受其他因素的影響，導(dǎo)致構(gòu)建的濕地襯底系統(tǒng)的NH3-N去除效率變得不穩(wěn)定。從圖6中可以看出，隨著HRT的增加，四種底物的NH3-N去除效率均有所提高。當(dāng)HRT為1?3天時(shí)，除去效率低。當(dāng)HRT達(dá)到4天時(shí)，去除效率大大提高。當(dāng)HRT大于4天時(shí)，鋼渣和玉米粉的脫氨效率約為80%,竹炭系統(tǒng)的去除效率達(dá)到75%左右。因此，人工濕地系統(tǒng)中三種基質(zhì)填料的NH3-N去除效率相對(duì)較好。當(dāng)系統(tǒng)HRT大于4天時(shí)，人工濕地系統(tǒng)中四種基質(zhì)填料的NH3-N去除效率均穩(wěn)定。當(dāng)HRT達(dá)到6天時(shí)，最終出水中NH3-N的平均濃度指數(shù)為2.9mg/L,6.3mg/L,3.6mg/L和4.7mg/L。100口、1門?|in口“Mir?R.1m加1174mHi3圖6NH3-N去除效率隨HRT的變化Fig.6.VariationsofNH3-NremovalefficiencywithHRT4結(jié)論(1)研究了農(nóng)村家庭污水中COD,濁度，TP和TN吸附規(guī)律，分析了四種類型的中等填料。結(jié)果表明，模型對(duì)吸附等溫線的描述更好。四種中等濕地系統(tǒng)可以有效降低農(nóng)村家庭污水中COD,濁度，TN,TP和NH