生物质碳源强化人工湿地削减尾水污染物技术研究.pdf

摘要 城镇污水厂尾水水质特征为氮磷含量高、有机物浓度低，利用人工湿地对其进行深度 脱氮除磷会受到碳源限制。为强化湿地对氮磷污染物的去除，本研究以水平潜流人工湿地 为主要研究对象，选择常见植物材料作为外加生物质碳源以强化人工湿地削减尾水污染物 的能力。通过对植物材料释碳释氮能力和理化特性的比较确定最佳生物质碳源、预处理方 法及其最优条件，通过对比湿地沿程不同处理单元基质填料的去污能力，确定本实验湿地 装置反硝化反应主要发生区域和碳源投加位置，将预处理的生物质材料与葡萄糖混合组成 混合碳源，比较混合碳源和葡萄糖、乙酸钠这两种传统碳源的脱氮效果，改变装置进水碳 氮比和预处理生物质材料的投加量，研究其对本实验人工湿地污染物去除效果的影响。本 文主要得出以下研究结果： (1) 对麦秆、稻杆、稻壳、玉米芯、玉米秆及丝瓜瓤六种生物质材料的释碳释氮能力进 - 行了对比分析，发现洗净烘干的玉米秆在8d 内COD、TN 平均释放速率分别为11.18 mg·g 1d-1 和0.20 mg·g-1d-1。玉米秆经NaOH 热处理后释碳能力显著提高，8d 内平均释碳速率提 高至21.90mg·g-1d-1 大于在Ca(OH)2 相同处理条件下的速率，玉米秆8d 内在水溶液中TN 平均释放速率较低，仅为0.13 mg·g-1d-1，略大于在Ca(OH) 相同处理条件下的速率，这说 2 明NaOH 热处理玉米秆在提高释碳能力的同时，不会增加系统脱氮负荷，适合作为系统脱 氮的反硝化生物质碳源。 (2) 电镜扫描分析、能谱分析、木质纤维素组分分析的结果表明未处理玉米秆具备天 然多孔结构，纤维排列有序，而NaOH 热处理破坏了材料内部木质纤维素的结构，使木质 纤维素溶胀，内部表面积增加，提高了表层附着力，利于微生物生长。此外NaOH 热处理 降低半纤维素、木质素和一些可溶性组分的含量，增加了纤维素的含量。 (3) 通过三因素三水平的正交试验分析, 以COD 日平均释放量和第4 天碳氮比两个评 价指标下的极差大小为基础，综合分析加热温度、浸泡时间、NaOH 浓度三个影响因素的 主次关系，确定加热温度95℃、浸泡时间0.5h 、NaOH 浓度4%是玉米秆碱热预处理的最 优条件。 (4) 人工湿地装置沿水流方向平均分为4 个处理单元，4 个处理单元的不同类型填料对 模拟污水中NH+ -N 和TN 的去除主要发生在试验6~24 h 内。人工湿地装置前半部分 1 号 4 + 和2 号处理单元填料具有更高的COD 和NH -N 去除率，而后半部分3 号和4 号处理单元 4 填料则具有更高的TN 去除率，反硝化作用主要发生在湿地的后半部分，为了达到高效脱 氮的目的，有机碳源的投加位置应设置于人工湿地装置沿水流方向3/4 处的3 号处理单元 内。 (5) 在填料-模拟污水系统中投加葡萄糖、乙酸钠、葡萄糖+碱热处理玉米秆这三种有机 碳源，发现不同种类碳源的投加对湿地填料COD 的去除影响较小，COD 的去除率范围为 + - 69.71% ~ 80.49%，而NH -N 、NO -N 和TN 的浓度均在试验6~24 h 大幅下降，至72 h 系 4 3 统中三者浓度范围分别为1.73 mg/L ~3.36 mg/L 、3.15 mg/L ~ 5.53 mg/L 、6.91 mg/L ~ 9.34 - mg/L 。乙酸钠碳源和葡萄糖+碱热处理玉米秆混合碳源系统有较高的TN 和NO -N 去除率，