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目前,城市生活污水、湖泊和河流中污染物削减与控制是水环境治理中的难题之一,特别是水体中总氮、总磷、氨氮,以及COD的削减与控制对提升水质至关重要。传统生态法中植物能吸收污水水体和污泥中的营养盐类,植物根部可产生抑制藻类的化感物质,对改善水质具有一定的作用。但传统的生态法具有资源消耗大,后期维护较困难,且不足以发挥大规模硝化与反硝化作用的弊端。生态空间反应器是一种组合式污水处理技术装置,具有生态处理和结合工程应用的双重优势,不仅能构建水生植物、微生物、纤维介质覆膜三位一体较稳定的生态环境系统,同时,具有稳定性强、占地面积小、管理简单、维护方便、易于模块化和运行成本低等优点。将生态空间反应器技术用于传统污水处理厂提标改造,具有重要的学术价值与实用意义。本文首先利用河水进行实验研究,然后根据目前污水处理厂出水情况进行深入分析与探讨,确定污水处理厂存在的主要问题,再针对关键技术工艺特征,进行优化组合,系统地研究生态空间反应器对生活污水的处理机理和效果,寻求一种取代污水处理厂二级处理工艺的新型技术工艺。最后进行经济技术和应用性分析。主要研究结论如下:1.生态空间反应器系统设计运用生态法处理生活污水的基本原理,确定了生态空间反应器系统的主要工艺流程和重要单元构件(植物单元配比),并将A2/O工艺、生物接触氧化以及人工湿地合理结合,通过植物单元模块、介质单元模块和支持结构单元模块结合。支撑结构采用U型钢材,使反应器成为可更替的组件,维护方便。植物单元模块由不同空间水生植物平面模块组成,上层放置挺水植物,中层放置沉水植物。生物纤维介质模块主要由生物填料覆膜构成,其具有“双层膜”和“空隙层”的特殊结构。系统由三个生态反应槽串联构成,水槽1种植鸢尾(学名Iris tectorum),轮叶黑藻(学名Hydrilla verticillata);水槽2种植黄菖蒲(学名Iris pseudacorus L),伊乐藻(学名Elodea Canadensis);水槽3种植水葱(学名Scirpustabernaemontani),狐尾藻(学名Myriophyllum verticillatum),各水槽中均配有生物填料覆膜,它是一种酶浮系列离子型填料,平板填料挂膜,可以为微生物提供固定载体,进一步促进污水净化。2.生态空间反应器对受污河道处理效果的研究通过六个多月的实验研究,结果表明,本装置对河道污染物的去除效率由高到低依次为化学需氧量(COD)>总氮>总磷>氨氮,去除效率分别为86.52%、80.3%、76.52%、74.17%,“水生植物-填料”生态空间反应器净化水体污染物效果显著。同时由实验结果及削减指数方程可见,随着实验天数增加,水体中总氮、总磷、氨氮以及COD浓度与时间呈现出极显著相关性(P<0.05),装置运行三个月后基本趋于稳定,并达到国家地表水环境质量标准Ⅱ类水的出水效果。并且平板酶浮填料上附着的大量微生物膜,与挺水植物和沉水植物根系吸附的协同作用,进一步加强了系统“脱氮除磷”效果。3.生态空间反应器对污水处理厂提标改造研究通过与传统污水处理厂污水处理情况进行比较,本研发的处理系统工艺表明:生态空间反应器净化水体污染物效果明显,TN、氨氮、TP以及COD的去除率可达到75.34%、84.74%、86.31%、83.4%。同时,由实验结果及削减指数方程可见,随着反应时间的累积,水体中总氮、总磷、氨氮以及COD各项指标削减明显且趋于稳定,各组污染物浓度都呈现下降趋势且与时间呈指数关系。水生植物的吸收同化和氮循环细菌的生物脱氮是生态法净化水质的两个重要途径。通过实验观察,反应器各阶段均检测出大量微生物菌群,说明水生植物根系以及纤维介质上挂膜成功,吸附了大量微生物,利于污水水质净化。经过7天,14天,21天,28天的运行,系统微生物群落结构逐步形成,基本稳定,处理系统中存在着大量T-RF、491bp、219以及354。同时,污水中微生物的多样性与反应系统的稳定性呈正相关关系。生态空间反应器系统运行一周年,趋于稳定,出水效果基本达到国家二级标准,有些指标甚至超过国家一级A标准。并且平板酶浮填料挂膜,为大量微生物提高丰富稳定的固定载体,以及挺水植物和沉水植物根系吸附的协同作用,进一步加强了系统脱氮除磷效果。4.生态空间反应器处理系统应用性研究和经济技术分析生态空间反应器,实现了污水处理区与周围绿化环境的自然融合,使传统的污水处理厂有望成为环境中的绿色景观;其季节能耗与吨水电耗均低于传统污水行业,生态空间反应器的研发,不仅在技术工艺层面解决了现有传统工艺的不足,同时经济成本低,在未来市场上有一定的竞争力和独特优势,应用前景乐观,值得深入研发和应用推广。由此可见,生态空间反应器具有较好的“脱氮除磷”的能力,是一种适用于中小城镇发展,简易模块化的技术装置。同时作为传统污水处理厂提标改造措施是可行的,但还需进一步的展开深入研究。