组合潜流人工湿地对轻污染河水中营养物质去除效果研究

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随着经济的发展,我国许多河流成为纳污河流,污染严重。而河流具有营养物质浓度变化大的特点,给河流治理带来了很大的困难。人工湿地是以污水处理为目的而人工建造的湿地,具有效率高、运行和维护费用低、耐冲击负荷能力强等优点,是得到广泛应用和发展的污水处理新技术。但人工湿地的研究和应用仍有诸多不足之处,如湿地内部水动力过程复杂,湿地内部水流特征研究较少;填料易饱和,对氮磷的去除能力有限;同时,人工湿地多用于处理生活污水,对污染河水处理的研究和应用较少。本论文根据河流的污染特点,选用一级水平潜流湿地(HFCW)与二级垂直潜流湿地(VFCW)组合的系统对实验室模拟的轻污染河水的处理进行研究。研究内容主要包括:(1)选择炉渣和沸石这两种易得、且经济的材料作为人工湿地的填料,研究它们在静态条件下对氮磷的吸附性能和特征;(2)研究不同填料、不同进水污染物浓度对组合人工湿地中氮磷等营养物质的去除效果。(3)研究湿地内污染物浓度的沿水流流程的分布和变化,分析污染物降解动力学过程。(4)通过示踪试验对湿地内的水动力学过程进行研究,分析水流流态的特征。通过研究得到以下结论:(1)通过静态吸附试验研究了炉渣和沸石这两种填料对氨氮和总磷的吸附性能。结果表明炉渣对总磷有更好的吸附能力,沸石对氨氮有更好的吸附能力。在30℃时,炉渣对总磷的饱和吸附量为76.92mg/g,沸石对总磷的饱和吸附量仅为3.14mg/g;沸石对氨氮的饱和吸附量可以达到232.56mg/g,而炉渣对氨氮的饱和吸附量仅为15.15mg/g。提高温度,可以提高填料对氮磷的饱和吸附量,但对达到吸附饱和所需的时间影响不大。(2)不同填料人工湿地系统对污染河水中COD、氨氮、硝态氮及总磷的去除效果有较大差别。在进水COD、氨氮、硝态氮和总磷浓度分别为100mg/L、3.2mg/L、16mg/L和1.5mg/L时,炉渣湿地对硝态氮和总磷的去除效果好于沸石湿地,去除率分别达到79.79%和91.92%,而沸石湿地硝态氮和总磷的去除率为70.81%和80.89%;沸石湿地对氨氮的处理效果较好,去除率为76.63%,炉渣湿地较差,去除率为69.19%。(3)改变进水氮磷浓度,对炉渣组合人工湿地去除率影响较大。氨氮进水浓度为4、6、8、10、12mg/L五个梯度,当进水浓度为6mg/L时去除率最高,达到82.68%。总磷进水浓度为1.5、3、5、7、9mg/L五个梯度,进水浓度为1.5mg/L时,去除率最高,达到92.92%,当浓度提高到5mg/L时,去除率仍达到84.63%。当氨氮和总磷的进水浓度分别提高到8mg/L和5mg/L以上时,第二级垂直流对污染物的去除效果可以与第一级水平流持平。增加进水中氨氮浓度,硝态氮去除率下降。降低进水总氮中氨氮的比重,总氮的去除率提高。(4)降解动力学研究表明:沸石组合人工湿地系统中COD、氨氮和硝态氮沿水流流程的降解都符合一级动力学模型,一级动力学方程分别为C=Co exp(-0.029X),C=Co exp(-0.012X)和C=Co exp(-0.032X)。总磷沿水流流程降解不符合一级动力学模型。(5)沸石水平流湿地与沸石垂直流湿地中,靠近进水一侧存在一定程度堵塞,靠近出水口一侧存在“短流”。
摘要第5-7页
Abstract第7-8页
1 绪论第11-27页
    1.1 研究背景第11-12页
    1.2 污染河流的治理技术第12-14页
    1.3 人工湿地概述第14-22页
        1.3.1 人工湿地组成第14-16页
        1.3.2 人工湿地分类及特点第16-18页
        1.3.3 人工湿地的净化原理第18-20页
        1.3.4 人工湿地组合工艺第20-21页
        1.3.5 人工湿地研究进展第21-22页
    1.4 人工湿地处理污染河水研究进展第22-25页
        1.4.1 国外研究进展第22页
        1.4.2 国内研究进展第22-25页
        1.4.3 人工湿地处理污染河水存在问题第25页
    1.5 主要研究内容第25-27页
        1.5.1 研究目的第25-26页
        1.5.2 研究内容第26-27页
2 实验材料与方法第27-31页
    2.1 实验装置与材料第27-28页
    2.2 实验方法第28-31页
        2.2.1 常规指标检测方法第28页
        2.2.2 吸附实验第28-30页
        2.2.3 人工湿地的水力停留时间(HRT)的测算第30-31页
3 填料对氮磷吸附特性研究第31-36页
    3.1 填料对氮磷的吸附过程第31-33页
    3.2 Langmuir 方程和 Freundlich 方程拟合结果第33-35页
    3.3 本章小结第35-36页
4 组合潜流人工湿地处理模拟河水效果分析第36-48页
    4.1 填料对污染物去除效果影响分析第36-39页
        4.1.1 填料对 COD 去除效果分析第36-37页
        4.1.2 填料对氨氮去除效果分析第37-38页
        4.1.3 填料对硝态氮去除效果分析第38-39页
        4.1.4 不同填料对总磷去除效果分析第39页
    4.2 进水浓度变化对炉渣湿地系统污染去除效果影响分析第39-47页
        4.2.1 不同进水负荷下炉渣组合人工湿地对 COD 去除效果分析第39-40页
        4.2.2 不同进水负荷下炉渣组合人工湿地对氨氮去除效果分析第40-42页
        4.2.3 不同进水负荷下炉渣组合人工湿地对硝态氮去除效果分析第42-43页
        4.2.4 不同进水负荷下炉渣组合人工湿地对总氮去除效果分析第43-44页
        4.2.5 不同进水负荷下炉渣组合人工湿地对总磷去除效果分析第44-46页
        4.2.6 不同进水负荷组合潜流人工湿地出水溶解氧变化第46-47页
    4.3 本章小结第47-48页
5 沸石湿地系统降解动力学研究第48-53页
    5.1 COD 降解动力学分析第49-50页
    5.2 氨氮降解动力学分析第50页
    5.3 硝态氮降解动力学分析第50-51页
    5.4 总磷降解动力学分析第51-52页
    5.5 本章小结第52-53页
6 沸石湿地水动力学实验研究第53-61页
    6.1 沸石水平流湿地水力停留时间测定第54-57页
    6.2 沸石垂直流湿地水力停留时间测定第57-59页
    6.3 本章小结第59-61页
7 结论与展望第61-63页
    7.1 结论第61-62页
    7.2 展望第62-63页
参考文献第63-69页
致谢第69-70页
个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果第70-71页
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