人工湿地法对生活污水中氮磷的去除效果研究解读.docx

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人工湿地法对生活污水中氮磷的去除效果研究解读

洛阳理工学院

毕业设计（论文）

题目人工湿地法对生活污水中氮磷的去除效果研究

姓名王驰

系（部）环境工程与化学系

专业环境工程

指导教师吴长航

2013年6月2日

人工湿地法对生活污水中氮磷的去除效果研究

摘要

为了探索生活污水中N、P去除,在实验室用柱状渗滤池模拟人工湿地采用混合土为介质,探究人工快速渗滤系统对城市生活污水中N、P的去除。

研究不同介质配比,淹水时间,湿干比等3种因素组合对污水处理的最优运行模式。

试验结果表明:

通过选取混合土为介质及调整以上3个参数处理生活污水是可行的;实验统计得出最优模型：

当介质为40%土壤（黄粘土）+煤渣+砾石时对氨氮和磷的去除率分别为62.17%和84.67%，出水浓度分别为13.24mg/L和0.46mg/L，都达到国家一级排放标准。

在水资源短缺、水污染日趋严重的今天,人工快速渗滤系统以其低投资、低能耗、操作管理方便以及净化效果良好等优点在实现污水资源化中的重大现实意义。

关键词：

N、P去除、人工快速渗滤系统、混合土、污水资源化

STUDYONTHEEFFECTOFN/PREMOVAIINTHEDOMESTICSEWAGEBYTHECONSTRUCTEDWETLAND

ABSTRACT

InordertostudyNitrogenandphosphorusremovalfrommunicipalsewage,simulationofconstructedwetlandbycolumnarinfiltrationfilterfornitrogenandphosphorusremovalbyusingmixturemediuminlabismade.Theoptimumoperationmodeisinrestigatedformediumcomposition,floodingperiodanddry/wetratio.Itisshownthatitisfeasibletoselectsoil/quartasand,floodingperiodanddry/wetratioasdesignparameter,andthentogetoptimummodel.Whenthemediumsarecinder,gravelandsoil（yellowclay）,theremovalrateofNandPrespectivelyare62.17%and84.67%andtheeffluentconcentrationrespectivelyare13.24mg/Land0.46mg/Lwhichallmeetthenationalemissionstandards.Constructedrapidinfiltration（CRI）systemwithlowinvestment,lowenergyconsuming,convenienceofoperationandbettereffectoftreatmenthasgreatsignificanceforreusingofwastewaterintoday.

KEYWORDS:

N/Premoval，Constructedrapidinfiltration（CRI）system，mixturesoil，reusingofwastewater

目　录

前　言1

第1章概述3

1.1人工湿地的概念3

1.1.1人工湿地的定义3

1.1.2人工快速渗滤系统的定义3

1.1.3人工快速渗滤系统去除污水中氨氮和总磷的机理4

第2章实验材料和方法6

2.1实验材料6

2.1.1实验试剂6

2.1.2渗滤池所用介质6

2.2实验设备与装置7

2.2.1渗滤池的构造7

第3章实验步骤及探究10

3.1氨氮和总磷的校准曲线的绘制10

3.1.1氨氮校准曲线的绘制10

3.1.2磷的校准曲线的绘制10

3.2不同渗滤介质对氨氮和磷去除效果的测量11

3.2.1渗滤介质为100%土壤（黄粘土）11

3.2.2渗滤介质为30%土壤+石英砂+砾石12

3.2.3渗滤介质为40%土壤（黄粘土）+煤渣+砾石13

3.3不同渗滤介质对氨氮和磷的去除率的探究13

结　论19

谢辞21

参考文献22

外文资料翻译25

前　言

我国是一个水资源短缺的国家,人均水资源占有量只有世界人均水平的1/4。

尤其近年来随着城市化进程的加快,经济的飞速发展和人口的不断增加,对水资源的需求量与日俱增,造成水资源日趋紧张。

而与此同时,工业与生活污水排放量不断增加,水资源污染日趋严重,致使我国在水量型缺水问题日益突出的同时,水质型水资源短缺形势也日益严峻。

目前,我国城市污水处理率仅为30%,二级处理率15%绝大部分污水未经有效处理而排入江河湖海。

据测算,城镇供水的80%转化为污水,经收集循环处理后,其中70%可以再循环使用。

也就是说,在现有供水量不变的情况下,通过对污水的处理回用可使城镇的可用水量增加50%以上。

污水处理的回用是对水自然循环过程的人工模拟与强化,处理后的水可以用于卫生间冲洗、办公楼拖地、冲洗车辆、绿化浇灌和景观用水等,这种处理后再回用的方式不仅可以节约优质水,还可以在解决缺水问题的同时减少污染物的排放,起到从量上养蓄水资源,从质上保护水资源的作用。

因此,污水作为一种可再生的水资源,其量大、集中、水质和水量较稳定,对其适度处理后回用是有效节约、开发利用水资源的重要手段之一,是解决城市缺水问题的关键［1~5］。

目前我国污水深度处理方法主要有，强化混凝沉淀法、臭氧氧化法、膜分离法、离子交换法、湿式氧化法等，但由于这些处理方法费用昂贵、管理复杂，无法得到广泛应用。

与此相比，人工快速渗滤系统（Constructedrapidinfiltrationsystem简称CRI）则是利用土壤本身的净化功能，具有低成本低耗能的优点，并已在许多国家得到广泛应用，如美国、以色列、荷兰、原苏联等。

人工快速渗滤系统是人工湿地中的一种处理方法，它是在对各类土地处理和快速渗滤系统研究总结的基础上,针对传统污水土地处理系统普遍存在的水力负荷低、单位面积处理能力小等缺点,借鉴了污水快速渗滤土地处理系统和人工湿地系统的优点,逐步发展起来的一种具有自身特色的新型污水处理技术。

我国对人工快速渗滤系统的应用起步较晚，但发展迅速，在人工土柱模拟试验和土槽模拟试验的基础上，我国也已建造了一系列的CRI系统示范工程。

近几年来,人工快速渗滤系统以其投资低、能耗低、运行管理方便等特点已在污水资源化的应用方面得到越来越多的重视。

本文以人工快速渗滤系统模拟人工湿地（因为实验过程中未添加活性污泥和植物，实质上是人工快速渗滤系统）处理模拟生活污水，通过考察不同的按比例混合介质、停留时间、水力负荷、微生物、CO2对水样中氨氮和总磷的去除率的影响，绘出相应的函数图线，并结合实际找出处理的最佳运行工况。

由于实验条件的限制，此次研究的范围仅仅限于考查不同的介质按比例混合、停留时间、水力负荷对氨氮和总磷的去除率的影响。

还有很多因素例如原水浓度、CO2浓度、微生物等对实验结果的影响，所以此次研究得出的最佳工况是一个阶段性成果，还需要进一步拓宽研究范围。

但是，此次研究却具有一定的现实意义，首先，它所阐述的人工快速渗滤系统机理在现实废水处理中是完全适用的；其次，它是对现实操作中优化条件的探索性研究，对于实际操作过程有一定的指导意义；再次，此次论文的结论可以与文献相互印证，从而可以判断此类技术的实验重现性和稳定性；最后，在实验的过程中，可以进一步了解此类技术的优点和缺点，从而为该技术的适用范围以及与其他技术相结合使用的可能性提供了一个重要的现实依据[6~8]。

第1章概述

1.1人工湿地的概念

1.1.1人工湿地的定义

人工湿地是一个综合的生态系统，它应用生态系统中物种共生、物质循环再生原理，结构与功能协调原则，在促进废水中污染物质良性循环的前提下，充分发挥资源的生产潜力，防止环境的再污染，获得污水处理与资源化的最佳效益。

人工湿地处理系统具有缓冲容量大、处理效果好、工艺简单、投资省、运行费用低等特点，非常适合中、小城镇的污水处理。

人工湿地处理系统可以分为以下几种类型：

（1）自由水面人工湿地处理系统；

（2）人工潜流湿地处理系统；（3）垂直水流型人工湿地处理系统。

自由水面人工湿地采用表土覆盖而有自由表面水流，因会散发臭味和易引起蚊蝇滋生等环境卫生问题而应用越来越少。

人工潜流湿地处理系统采用砾石填料，水在亚表层下以潜流的方式水平推流前进，因而在其表面不会散发臭味和有环境卫生问题，此种类型也称根区法（RZM），目前应用最多。

垂直水流型人工湿地（VFWs）由于具有高的净化效率和相对较小的土地需求以及在其他天然系统不能应用的场地有吸引力等优点而变得越来越遍。

垂直流人工湿地根据水流方向又可分为上行流人工湿地、下行流人工湿地和潮汐流人工湿地,其中下行流人工湿地也称人工快速渗滤湿地。

本文主要讨论人工快速渗滤湿地[9~12]。

1.1.2人工快速渗滤系统的定义

人工快速渗滤系统（ConstructedRapidInfiltrationSystem简称CRI系统）是土地处理的一种类型，它是指有控制地将污水投放于人工构筑的渗滤介质的表面，使其在向下渗透的过程中经历不同的屋里、化学和生物作用，最终达到污水净化目标的过程。

它是在传统的污水快速渗滤土地处理系统（RapidInfiltration简称RI）的基础上发展起来的，其核心是采用渗透性能较好的天然河砂、陶粒、煤灰等为主要渗滤介质代替天然土层，从而大大提高了水力负荷。

它在对各类土地处理和快速渗滤系统研究总结的基础上,针对传统污水土地处理系统普遍存在的水力负荷低、单位面积处理能力小等缺点,借鉴了污水快速渗滤土地处理系统和人工湿地系统的优点,逐步发展起来的一种具有自身特色的新型污水处理技术。

近几年来,人工快速渗滤系统以其投资低、能耗低、运行管理方便等特点已在污水资源化的应用方面得到越来越多的重视[13~16]。

1.1.3人工快速渗滤系统去除污水中氨氮和总磷的机理

氨氮是指水中以游离氨（NH3）和铵离子（NH4+）形式存在的氮。

氨氮主要来源于生活污水中含氮有机物受微生物作用的分解产物，焦化合成氨等工业废水，以及农田排水等。

目前，国内外氨氮废水处理方法主要有吹脱法、沸石脱氨法、电渗析法、膜分离法、折点氯化法、MAP沉淀法、生物脱氨法等，但这些工艺方法在技术和经济上仍存在不少问题，有二次污染、出水氨氮值偏高、经济消耗大等。

鉴于此，笔者针对人工快速渗滤系统具有效率高、不产生二次污染、设备简单、能耗低等特点，采用人工快速渗滤系统试验对模拟生活污水进行了脱氮处理。

氨氮首先被渗滤介质所吸附，随后在湿干期内进行硝化反应。

实验表明，渗滤介质对氨氮的吸附速度非常快，一般可以在30S至1min之内达到吸附平衡，渗滤介质对氨氮吸附效果最佳的位置在表层以下5cm至25cm处，随后吸附效果随渗滤池深度增加而逐渐降低。

渗滤池的深度和过水时间能够满足渗滤介质料对氨氮的完全吸附。

渗滤介质对氨氮的吸附符合弗兰德利希（freundlich）吸附等温式，其最大允许进水浓度为38.4mg/l。

在渗滤池中，随着滤池深度的增加，生物量、有