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《中南林业科技大学》 2007年 博士论文
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人工湿地处理城镇污水和猪场废水研究

李淑兰  
【摘要】:影响我国废水处理的关键因素是成本问题,如何在保证处理效果的前提下大幅度降低建设和运行成本是发展新技术的首要目标和相关研究领域中的主要任务。人工湿地污水处理技术具有高效率、低能耗的特点,因此,近年来,在城镇污水处理中该技术倍受关注。同时,湿地技术的运用能更好地保护水环境,符合可持续发展的理念。 本论文包含两个重点部分,一是城镇污水处理人工湿地(Constructed Wetland)组合模式的构建;二是人工湿地处理猪场厌氧废液的可行性研究。主要研究结果如下: (1)城镇污水处理人工湿地组合模式的构建。利用组合增效与生态平衡原理,建立了以生物调节池(A)、好氧反应池(B)、潜流湿地(C)、表流湿地(D)为基本单元的污水处理组合模式。试验结果表明:①组合模式具有系统稳定、运行高效的特点,并具有季节时效上的可调控功能和生态自适应功能。②与各处理单元相比,组合模式功能更强。A单元的功能主要强化对污水中有机污染物的降解;B单元的设计不仅对CODCr、TN、TP的去除有良好的表现,而且本单元培养的微生物可提高整个系统的生物降解能力;C单元中,部分蛭石和红壤通过有效吸收污水中的阴、阳离子,从而去除污水中N、P和各种有毒金属离子,以维持整个系统在冬季生命活动降低时仍有较好的去除效果;和C单元一样,D单元主要是靠植物积累和水生生物消化来稳定出水水质。③“1+12”,组合模式在去除TN、TP和CODCr方面,均可达到较好的效果。将不同处理技术与工艺进行组合,不仅可以提高系统处理效果,而且可增强系统稳定性,应对季节变化。④组合系统中引进的植物作用主要在于吸收转化污水中N和P。分析可知:a)不同植物体内N、P含量随植物器官和季节而变化。b)对大型挺水植物(即潜流湿地植物)而言,N、P主要分布在植株地上部分,这种分布便于通过收获植物去除系统中的N和P;浮水植物体内N、P含量高于挺水植物。c)各单元中植物吸收对N、P去除的贡献率与单元进水负荷有关,植物对N、P的吸收在低负荷系统中占明显优势;表流湿地单元中植物吸收对N、P去除的贡献率高于生物调节池和潜流湿地两个单元。⑤组合模式“三大效益”突出。本系统的用地面积小于2 m2/t,比达到相同处理水平的常规湿地用地面积缩小了2倍以上,因此相应提高了成本效益;该系统还具有高效低耗,节约土地资源等特点,被广泛地应用到城镇污水处理方面,能更好地保护水环境和水生生态系统。 (2)城镇污水处理复合生物蛭石床潜流湿地的构建。以减少占地面积、避免床层淤塞、增大湿地含氧量和提高湿地植物的利用价值为设计理念,建立了一个以生物蛭石为填料的三级跌流式复合床。结果表明:①在较高水力负荷下(1.0m3/m2.d),仍保持了较好的处理效果,系统对污水中的各污染物的总去除率在65%以上,出水水质基本达到二级排放标准。②本试验中的四种湿地植物的管理难度由易到难排序为:香蒲美人蕉水葫芦水蕹菜;单位面积生物量的月均增长量Am值从大到小顺序是:水葫芦美人蕉水蕹菜香蒲。③三级跌流设计有利于提高生物蛭石床内污水中的DO值。当跌流高度大于45 cm时,单次跌流增氧量达0.57 mg/L以上,其中一级跌流过程的复氧率更是高达75%,这充分说明在潜流湿地污水处理系统中采用跌流设计来增加污水中溶解氧量的方法是可行的。 (3)人工湿地处理猪场厌氧废液的可行性研究。本研究优先选取了适宜南方生长的、可用于猪场作饲料的空心菜、水稻和水葫芦三种植物,通过盆栽试验来处理猪场厌氧废液。结果表明:①各处理体系对CODcr的最终去除效果为:水葫芦水稻空心菜对照;对TP的最终去除效果为:水葫芦空心菜水稻对照系统;对NH4+-N的最终去除效果为:水葫芦对照体系水稻空心菜;对TN的最终去除效果为:对照系统空心菜水稻水葫芦。在对NH4+-N和TN的去除中,对照系统都有比较好的表现,原因是对照系统中没有植物对藻的抑制,后期藻的出现增强了对照系统对NH4+-N和TN的去除作用。②用饲料植物处理猪场厌氧废液,恢复和构建了一条物质、能量循环链,实现猪场污水的生态处理,达到真正意义上的污水“零”排放,建立了可行的猪场循环经济模式。


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