深床过滤应用于垂直流人工湿地净化效果与抗堵塞性能研究

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垂直流人工湿地是一种高效低能耗的生态污水处理技术,但基质堵塞问题是其运行中最大的问题之一,同时人工湿地的净化机制决定了,为了保障其处理效果和负荷,人工湿地常需较大的建设面积。给水处理中发现的深床过滤技术具有工艺简单、运行费用低、占地少、出水水质好的特点。本研究将深床过滤原理引入垂直流人工湿地中,采用三个基质深度(A:0.5m,B.:1.0m,C:1.5m)模拟垂直流湿地系统,在连续流和序批式两种运行工况下,通过定期监测各系统出水对污水中主要污染物质的去除率,以及基质渗透系数,孔隙率,自由液位等的变化,分析深床过滤垂直流人工湿地相对常规垂直流人工湿地对污染物净化效果与堵塞过程的差异,探究深床过滤技术应用于垂直流人工湿地的可行性和实用性,本实验的主要研究结论如下:  (1)在连续流工况下,深床过滤型垂直流人工湿地(C系统,1.5m)相对中床垂直流人工湿地(B系统,1.0m),显著提升了COD,TP和浊度降解率(p<0.05),极显著提升了对NH4+-N的降解率(p<0.01);相对于浅床垂直流人工湿地(A系统,0.5m),显著提升了TN去除率,极显著提升了TP、NH4+-N和浊度去除率。深床过滤原理应用于垂直流人工湿地,在快速渗滤连续流工况下能有效提高污染物综合净化效果。  (2)在连续流工况下,一定范围加大基质有效深度(0.5-1.5m),能有效提高垂直流人工湿地对TP,TN、NH4+-N和浊度的降解效果。其中湿地有效基质深度x(单位:m)与系统出水对浊度和TP的去除率y(单位:%)间存在正线性相关性,拟合关系式分别为:y=13.65x+68.613(R2=0.9238)和y=22.44x+32.84(R2=0.9936)。  (3)在序批式工况下,深床过滤垂直流人工湿地整体污染物去除效果最佳,一定程度加大垂直流人工湿地基质深度能有效提高系统对TP,NH4+-N和浊度等污染指标的降解效果,湿地基质深度x(单位:m)与出水对TP,NH4+-N和浊度的去除率y(单位:%)间线性关系式为:y=28.23x+10.413(R2=0.9184),y=17.05x+18.617(R2=0.9845)和y=28.76x+38.017(R2=0.9662)。  (4)两种运行工况下,深床过滤垂直流人工湿地系统整体污染物净化性能均得到提升,其中,在连续流工况下,垂直流人工湿地综合污染物去除效果相对序批式条件下稳定,深床过滤垂直流人工湿地系统和中床湿地相对浅床湿地净化性能提升更为明显。  (5)在连续流工况下,1.0m系统堵塞发生最早,程度最严重,0.5m次之,1.5m系统堵塞程度最轻,深床过滤垂直流人工湿地系统长期运行水力性能提高。  (6)序批式工况下,A,B,C系统表面出现积水分别在运行约80,135,115天后,堵塞急剧加重分别发生在运行时间约140,155,175天时,B,C系统相对A出现雍水现象时间点分别延迟了68.75%,43.75%;水力状态骤降,堵塞急剧加重点分别延迟10.71%,25.00%。整个运行周期各系统处理水量比为A∶B∶C=1.0∶2.1∶3.2,深床过滤垂直流人工湿地能一定程度延缓湿地堵塞,增加水处理量,水力负荷一定时,可有效减少湿地建设面积。
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