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不同基质对人工湿地处理农村污水的影响
Impacts of different media on constructed wetlands for rural
household sewage treatment
学 号： 姓 名： 专业班级： 指导老师： 完成日期：
201110220209 肖 某 人 13级环境工程二班 朱华清副教授 2017-05-09
材料科学与工程学院
前言
人工湿地系统已被用于处理各种生活污水和工业废水，是一种具有较高经济效益和环境效益的污水处理技术，尤其适用于农村污水处理。系统中填料在湿地污水处理过程中起着重要的作用。本文通过对传统湿地的一般操作和处理问题的分析，设计了不同的人工湿地基质对农村生活污水进行处理。在使用同种植物的基础上,选用,即麦饭石,钢渣,竹炭和石灰岩基质构建人工湿地系统,研究它们的效果。结果表明，四种不同的填料的组合对农村生活污水污染物的去除效果良好。以上四种填充物的理论最大吸附能力强弱对比:麦饭石>钢渣>竹炭>石灰岩。废水水质符合《市政污水处理厂污染物排放标准》一级排放标准(gb18918 - 2002)。基质填料的选择对人工湿地污水处理系统的运行结果具有重要的意义。
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1.介绍
在很长一段时间里，由于水污染治理资金不足，以及中国农村对水资源和环境保护的认识不足，农村生活污水未经处理直接排放，成为湖水，地下水和江河水等水资源水质下降的主要原因。因此，研究农村生活污水处理技术，探索合适的处理模式，促进社会主义新农村建设，具有重要的实际意义。
人工湿地污水处理系统是通过对自然湿地的模拟，利用自然生态系统在物理、化学、生物等方面的三重协同效应，达到污水净化的效果。根据适当的长宽比和地面坡度,使用一定大小的颗粒填料和水生植物,共同构成了人工湿地污水处理系统。水生植物一般都具有观赏性，以及良好的可塑性，较高的存活率，很强的耐水性，长时间生长的周期和较高的经济价值；与水生动物和微生物一起形成了一个独特的动植物环境。当污水流经植物根系表面和基质填料之间的孔隙,通过过滤、吸附、沉淀、离子交换、植物吸收、微生物分解等途径达到对污水的有效净化。
本文对人工湿地的研究主要是在湿地中进行的。是在上个世纪七十年代开始发展的；人工湿地污水处理系统的主要运作方式是通过人工使污水流经人工湿地，使湿地的水生植物经常处于淹没状态,通过耐水植物、土壤和微生流的协同作用达到对污水的净化作用。由于人工湿地污水处理技术在指导、设计和操作管理等方面的应用，使其拥有了更大的处理能力和更高的处理效率，从而得到更广泛的应用。近年来,随着经济发展和水资源的日益枯竭,人工湿地由于其污水处理效率高、成本低等优秀的性能，引起了全世界大多数国家的关注。
人工湿地系统已经用于治理多种的废水,主要包括工业废水、农村污水,城市污水和非点源污染,特别是城市生活污水和非点源污染。目前，人工湿地已发展成为一种污水处理技术，具有较高的经济效益和环境效益，尤其适合农村污水处理。
在污水处理中，建造人工湿地的关键要素是植物和基质。人工湿地系统中的基质填料可通过沉淀、过滤和吸附来拦截污水中的主要污染物。它也是构成湿地的其他活性元素(植物和微生物)存活的物质。因此，填料的选择在人工湿地中扮演着重要的角色，对污水达到了有效的净化。目前,典型的人工湿地填料是沸石、蛭石、砾石、石灰石、粉煤灰、矿渣、勇气和土壤、粘土矿物和一些工业副产品。基质是人工湿地的载体;其自身的物理和化学性质可能直接影响整个系统的污水处理效率。此外,当人工湿地基质填料具有较大的比表面积,这可以提高湿地的液压和机械性能,为微生物的粘合提供了更大的表面积,从而提高系统对污染物的去除能力。因此，选择适当的基质填料对人工湿地污水处理系统的运行效率具有重要意义。
人工湿地中的基质填料在污水处理过程中起着非常重要的作用。目前，湿地
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的处理过程广泛应用了砂、土、砾石和其他衬底填充剂。投资成本低，经济效益高，但这些填料对氮和磷去除效率并不理想;因此，专家们不断开发新的湿地填料，并进行了不同程度的测试。Smoletal(2015)用碎石块和砂砾土作人工湿地填料来测试对生活污水处理的效果。结果表明砂砾土的除磷效率非常好,但氨氮去除效率要小得多。An etal(2014)表明,天然沸石可以有效地吸收自来水中的氨氮,从而有效地减少其氨氮浓度。侯赛因和阿齐兹(2011)研究了三种填料在人工湿地中对污染物的去除能力,分别是沸石、混凝土和石灰岩，结果表明,在湿地系统中沸石和石灰石、混凝土对氨去除效率是非常好的。同时, cui etal(2013)通过对不同湿地填料的去除效率的比较,认为沸石对氨氮去除效率明显高于砾石,但除磷效率只有砾石的20%。Vohla et al(2011)使用粉煤灰作为基质填料在湿地系统中开展对生活污水的净化试验研究,并通过比较以砾石作为湿地系统填料时对污染物的去除效率。结果表明,以粉煤作为人工湿地填料时，系统对氮、磷和有机物质的去除效率是最好的,其中氨氮去除效率，远远高于以砾石为人工湿地系统填料时的去除效率。Cui和Ouyang(2015)用煤灰和人工土作为人工湿地填料演示了化粪池污水在潜流人工湿地系统中的处理效果，TP废水浓度达到排放标准。Zhang et al(2015)还成功地使用沸石去除城市污水中的氨氮。
本文通过对传统湿地的低效操作和处理方法的分析，设计了不同的人工湿地填料，为农村生活污水处理提供了不同的设计方法。在构建人工湿地系统中使用了相同的植物,四种不同填料：麦饭石、钢渣、竹炭和石灰岩，对农村生活污水处理进行了测和研究,以研究其对污染物的去除效率。
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2实验部分
2.1实验仪器和方法
实验采用阶梯式构造湿地，属于复合型垂直潜流湿地。 结构如图1所示。 梯形混凝土池的高度为160厘米，基底长度为3厘米，基底长度为1.7厘米，底层总厚度为80厘米， 底层顶部40厘米厚的土层，进水横流墙的高度为140厘米，流入的沉积池挡板的高度为120厘米，大型砾石层位于进水方向沉积池挡板下面，进水通道与大砾石层之间存在一定程度的连通性，污泥沉积池挡板的高度为100厘米，流出物储层挡板的高度为80厘米。
该设备的工作原理是农村生活污水通过进水管进入混凝土池塘，然后进入污水沉淀池沉淀，接着从进水储层挡板溢出，渗入基层流入渠道。这意味着当从进水沉积池的底部渗透到基底层时，从底部到顶部穿过底层填料层和土层，过滤后通过污水沉积池挡板溢流入污水沉积池，当污水沉积池充满时再次溢出到污水池。湿地土壤层有水生植物。穿孔管和取样管沿着湿地表面的中间垂直设置，提取水样，测量湿地内的溶解氧，温度，pH值等参数值。该仪器从2012年4月至2012年8月运行，运行状况良好。
在这个实验中，水力停留时间(HRT)被设置为7天。对污水中的COD、浊度、NH3-N、TN和TP测量连续7次,并计算其最终去除效率。
图1 楼梯构造湿地示意图
Fig. 1. Schematic diagram of staircase constructed wetland
2.2水质分析方法
根据2002年人民卫生环境保护部《水污染监测分析方法》的测定方法，每周分析各采样点进水和出水水样的水质，使用重铬酸钾法测定COD，即碱性过
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