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垂直流人工湿地净化机理及动力学模型应用研究

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摘要

本研究采用垂直流人工湿地处理生活污水，考察废水中CODcr、NH4+-N、TP在湿地系统中的去除规律，探索不同的进水条件对湿地系统处理生活污水的的影响，研究垂直流人工湿地污染物去除动力学行为，旨在探讨在广西地区人工湿地处理生活污水的可行性，为工程提供理论依据。
　　 本研究对湿地系统的净化机理进行研究，结果表明：水力负荷对CODcr、NH4+-N、TP影响较大。CODcr去除率随着水力负荷的增加而降低，表明有机物的去除是通过植物根系吸收、吸附以及厌氧好氧生物代谢降解过程。NH4+-N去除率在0.15 m3/m2.d时达到89％。表明水力负荷过小或过低都会抑制硝化菌的硝化作用。水力负荷过大会导致基质对TP的吸附沉淀作用降低。在弱碱环境下最适合微生物的生长和基质对磷的吸附沉淀。垂直流湿地在pH=8的运行条件下CODcr去除率为76％，NH4+-N去除率为80％，TP去除率为84％。有机负荷22.5～45 g/m2.d范围内变化时，CODCr去除率都能保持在80％以上，当有机负荷增加至52.5 g/m2.d时，湿地对CODcr的去除效果迅速降低。表明当进水浓度超过湿地承污力时，会导致系统对CODcr去除率下降。在有机负荷22.5 g/m2.d～30 g/m2.d范围内NH4+-N去除率提高显著，在30g/m2.d～52.5 g/m2.d范围内NH4+-N去除率提高幅度不明显。表明碳源在低有机负荷下是反硝化菌的限制性因素。高浓度的有机物能使基质表面生长的生物膜较厚，影响基质对TP的吸附沉淀作用。
　　 本研究同时对人工湿地污染物去除动力学模型进行分析，结果表明：以CODcr、NH4+-N、TP质量浓度作为基质浓度，其去除规律符合一级动力学模型。CODcr、NH4+-N、TP的体积去除率速率常数分别为-0.0395 mg/L、-0.0162 mg/L、-0.0141 mg/L，通过隆安人工湿地现场采集的数据与理论预测值进行比较，结果显示：CODcr、NH4+-N、TP的模拟结果误差范围在30％以内的占50％以上，说明垂直流人工湿地污染物去除一级动力学模型推导合理。
　　 根据本研究所得的研究成果，对其进行湿地系统处理生活污水工艺设计，采用垂直流人工湿地污染物去除一级动力学模型对其出水进行预测，预测结果为：出水CODCr为14 mg/L，NH4+-N为0.5 mg/L，TP为0.1 mg/L。达到《地表水环境质量标准》(GB3838-2002)规定的Ⅰ类水质标准。

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