污水土地生态处理脱氮机理与效率的研究

【摘要】：随着经济、社会的飞速发展，污染水体的整治与改善问题日益受到关注。本课题侧重污水土地生态处理系统氮脱除机理与效率的研究。内容包括：筛选适合贵州条件的污水土地生态处理系统土壤填料与植物、土壤填料生态恢复(防堵)试验；地沟式污水土地生态处理系统中试装置的启动试验；中试装置模拟土地生态系统不同运行工况对系统处理效果的影响考察；系统微生物普查；微生物的硝化／反硝化作用试验、机理研究：地沟式污水土地生态处理系统中水一氮迁移转化规律数学模拟的展望。 试验筛选出具备良好的土壤团粒结构和理化性质的贵州典型的黄壤为主配比(添加有机质、粉煤灰等)的填料和美人蕉(观赏性)、芋头、菖蒲、岩豆藤作为污水土地生态系统处理基质，满足土壤微生物的生存条件，强化土壤的生物净化作用，有效脱除污水所携带的污染因子。 中试装置在0～5℃的条件下采用自然启动方式，60d左右完成启动过程。在中试系统进行的不同温度、不同进水C／N、不同水力负荷对污水土地生态处理系统脱氮效果考察：土地生态处理系统对冬季的低温有一定的容忍度，季节对运行效果影响不大。这是土地污水生态处理技术的优点之一；最佳水力停留时间(HRT)为6.7h；中试系统对对氨氮和总氮去除效果良好，去除率分别达到87.78％和74.11％，出水氨氮(14.48mg／L)和总氮(32.84mg／L)，达到建设部颁发的生活杂用水水质标准。系统微生物数量及分布普查：系统中氮转化细菌丰富，氨化细菌为10~3～10~6cfu／g(土壤)， 中文摘要 亚硝化菌为10气lo6MpN/g(土壤)，硝化菌104一106 MpN/g(土 壤)，反硝化细菌为103一10“N田N/g(土壤)。通过氮素硝化、反 硝化培养试验，测定中试系统填充土壤的反硝化速率;总结了中试 系统人工土的硝化动力学特征;探讨土壤含水量(F .C.)、温度、有 机质与土壤硝化作用间的关系;由硝化/反硝化实现生物脱氮是土地 生态处理系统脱氮的主要途径。中试系统氧化还原电位(ORP)测 定表明，中试装置的土地处理基质层次界面的工艺设置达到了土地 生态系统对氧化与还原环境条件的需求。 地沟式污水土地生态处理装置在系统处理负荷上仍有潜力。该 系统以其设备简单、基建投资少、操作管理方便、能耗低，有广阔 的发展前景。 【关键词】：污水 土地生态处理 水力停留时间 脱氮机理 硝化/反硝化
【学位授予单位】：贵州师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2004
【分类号】：X703
【目录】：

• 中文摘要8-10
• Abstract(英文摘要)10-12
• 第一章 概述12-18
• 1.1 课题的来源12
• 1.2 研究的必要性12-14
• 1.3 国内外动态14-16
• 1.3.1 污水土地处理技术国内外概况14-15
• 1.3.2 土壤中氮素迁移转化的数学建模方法的发展15-16
• 1.4 研究目的及主要内容16-18
• 第二章 试验方案及小试试验18-35
• 2.1 试验水质18
• 2.2 试验监测项目、分析方法及样品的采集18-20
• 2.2.1 水样的采集分析18-19
• 2.2.2 土样的采集分析19-20
• 2.2.3 植物指标20
• 2.3 试验数据处理20
• 2.4 小试试验20-33
• 2.4.1 填料筛选试验21-25
• 2.4.1.1 供试土壤的理化性质21-22
• 2.4.1.2 单因素试验22-23
• 2.4.1.3 正交试验23-25
• 2.4.2 植物筛选试验25-30
• 2.4.2.1 植物的选择25
• 2.4.2.2 植物对生活污水中氮的净化效果试验25-27
• 2.4.2.3 植物对氮的吸收富集作用27-28
• 2.4.2.4 植物根系输氧作用28-30
• 2.4.3 土壤填料生态恢复试验30-32
• 2.4.3.1 供试土壤的制备31
• 2.4.3.2 试验方法与材料31
• 2.4.3.3 实验结果与分析31-32
• 2.4.4 以植物降解和富集为主的恢复技术32-33
• 2.4.4.1 实验方法与材料32
• 2.4.4.2 实验结果与分析32-33
• 2.5 小结33-35
• 第三章 污水土地生态处理的脱氮效果研究35-53
• 3.1 中试装置的工艺设计35-37
• 3.1.1 处理槽面积计算及处理槽布置35
• 3.1.2 处理槽结构35-36
• 3.1.3 中间槽设计36
• 3.1.4 湿地槽设计36-37
• 3.1.5 中试装置系统管网设计37
• 3.2 中试装置的工艺流程37-39
• 3.3 试验项目、分析方法与试验样品的采集39-40
• 3.4 中试装置的启动(生态系统熟化)40-45
• 3.5 中试研究45-53
• 3.5.1 中试系统运行考察结果与讨论45-49
• 3.5.1.1 温度对土地生态系统的影响45-47
• 3.5.1.2 C／N比对土地生态系统处理效果的影响47-49
• 3.5.2 中试系统最佳水力负荷与水力停留时间试验49-53
• 第四章 污水土地生态处理脱氮机理的研究53-68
• 4.1 中试系统总氮的组成及其去除途径53-54
• 4.2 中试系统微生物的分布规律54-56
• 4.3 中试系统生物脱氮环境的测定56-57
• 4.4 土地生态系统硝化、反硝化作用的机理探讨57-67
• 4.4.1 土地生态系统硝化、反硝化作用的机理58-59
• 4.4.2 硝化、反硝化反应动力学59-61
• 4.4.3 硝化作用及其影响因素的培养试验61-66
• 4.4.4 反硝化作用培养试验66-67
• 4.5 小结67-68
• 第五章 利用数学模拟方法揭示土地生态系统脱氮机理的研究及应用展望68-76
• 5.1 土壤水分运动数学模型68-70
• 5.1.1 模型控制方程68-69
• 5.1.2 植物根系吸水项确定69-70
• 5.2 NO_3~--N转化迁移数学模型70-74
• 5.2.1 模型控制方程71-72
• 5.2.2 土壤氮素迁移的源汇项72-73
• 5.2.3 模型初始、边界条件确定73
• 5.2.4 模型的输入与输出73-74
• 5.3 预测土地处理系统水力传导性能变化的数学模型74-75
• 5.4 预测土地处理系统水力传导性能变化的数学模型75-76
• 第六章 总结76-83
• 6.1 中试考察了污水土地生态系统的净化能效探讨了生态脱氮的迁移转化机理76-80
• 6.2 中试系统是天然净化能力与人工净化工艺相结合的污水土地生态系统80-81
• 6.3 研究生态脱氮机制，开发“地沟式复合净化床+潜流碎石床”污水生态工程处理技术81-83
• 第七章 文献综述83-102
• 7.1 氮的形态及水体中氮的来源83-84
• 7.2 氮污染的主要危害84-86
• 7.3 常规脱氮技术86-90
• 7.4 污水生态处理技术90-91
• 7.5 污水土地处理系统91-96
• 7.6 地沟式污水生态处理技术96-97
• 7.7 微生物的活性与温度的关系97-98
• 7.8 温度与植物生长的关系98
• 7.9 土壤物理性质对净化效果影响98-99
• 7.10 土壤的化学性质对净化效果影响99-100
• 7.11 土壤化学过程动力学概述100-102
• 参考文献102-110
• 致谢110

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