1、 本科毕业论文 （ 20 届） 舟山朱家尖人工湿地中生活污水净化效果研究 所在学院 专业班级 环境科学 学生姓名 学号 指导教师 职称 完成日期 年 月 本科毕业论文 目录 目录 摘要 . I Abstract .II 引言 . 1 1 人工湿地的定义、基本构造、工艺流程 . 2 1.1 人工湿地的定义 . 2 1.2 人工湿地的基本结构类型 . 2 1.3 人工湿地的工艺流程 . 2 2 材料方法 . 4 2.1 朱家尖风景区及其人工湿地概况 . 4 2.2 所测水质指标的定义及意义 . 4 2.2.1 溶解氧 (DO) . 4 2.2.2 化学需氧量 (COD) . 5 2.2.3 生化需
2、氧量 (BOD) . 5 2.2.4 总氮 . 5 2.3 采样及分析测定方法 . 6 2.3.1 采样方法 . 6 2.3.2 各指标测定方法 . 7 3 结果 . 9 3.1 有机物指标的含量 . 9 3.2 有机氮的含量 . 9 4 结果分析与讨论 . 11 4.1 人工湿地对 DO 的去除结果分析 . 11 4.2 人工湿地对 COD 的去除结果分析 . 12 4.3 人工湿地对 BOD 的去除结果分析 . 12 4.4 人工湿地对硝氮和亚硝氮的去除效果分析 . 13 4.5 人工湿地对氨氮的去除效果分析 . 13 4.6 所测主要水质指标去除率比较 . 14 4.7 现场水质监测数据
3、 . 15 4.8 朱家尖人工湿地水质净化效果总结 . 16 5 人工湿地研究发展趋势 . 17 小结 . 18 参考文献 . 19 致谢 . 22 本科毕业论文 中文摘要 I 舟山朱家尖人工湿地中生活污水净化效果研究 摘要 人工湿地作为近 20 年来发展起来的一种廉价的替代传统污水处理技术的方案，其有着独具特色的净污机理和功能，为此越来越受到世界各国的普遍重视。与传统的污水处理法相比，人工湿地具有基建和运行费用低，操作与维护简单等优点。本次实验采用碱性高锰酸钾法、五日培养法、盐酸奈乙二胺比色法分别测定进 水口、 蓄 水池、 出 水 口水样中 COD、 BOD5、亚硝酸盐氮等主要水质指标，采用
4、 Skalar 仪 器测定硝酸盐氮、氨氮。通过这些水质指标，分析了 2010 年 4 月到 2011 年4 月的朱家尖人工湿地对生活污水的净化效果。结果表明：人工湿地对 COD 和 BOD 去除效果较好，平均去除效率分别为 81.92%和 85.90%， NO3-N+NO2-N 次之，平均去除效率为 62.98%，与COD 和 BOD5 相比，人工湿地对 NH4+-N 去除效果相对较低，平均去除效率为 34.81%，人工湿地对氨氮的去除效率受气温影响较大。 关键词 人工湿地；净化效果；去除率 ；硝态氮；氨态氮 本科毕业论文 英文摘要 II Effects of wastewater treat
5、ment in the constructed wetland in Zhujiajian, Zhoushan Abstract Constructed wetlands (CWs) developed an inexpensive alternative to traditional sewage treatment technology program in the past 20 years, which has a unique mechanism and function, so more and more countries pay attention to CWs in the
6、wastewater treatment around the world. And compared to traditional sewage treatment methods, CWs have the merits such as low costs of their infrastructures, and management, and simple operation and maintenance. The experiments with alkaline potassium permanganate method, five days culture, were meas
7、ured COD, BOD5 in the water samples from the full-scale CWs in Zhujiajian, Zhoushan, and nitrite and ammonium was measured by colorimetry ethylenediamine hydrochlorideand used Skalar water quality analyzer. And the water samples were collected from April 2010 to April 2011. The results showed that C
8、Ws had better removal efficiencies of COD and BOD5, and the average removal efficiency was 81.92% and 85.90%, respectively. The average removal efficiency of nitrite was 62.98%. Compared with COD and BOD5, the removal efficiency of ammonium (34.81%) was relatively lower, for the removal efficiency o
9、f ammonia was influenced by temperature. Key words Wetland; purification; removal efficiency ;nitrite; ammonium本科毕业论文 引言 1 引言 湿地被用于净化污水始于 1953 年德国 MaxPlanck研究所 ， 该研究所的 Seidel博士在研究中发现芦苇能去除大量有机和无机物 ， 进入 60 年代 ， Dr1Seidel开发出一种 “ Max - Planck - Institute Process”， 并于 1972 年与 Dr1Kickuth 合作开发 “ 根区法 ” (roo
10、t zone method， RZM)， 掀起了人工湿地研究热潮 1。 70年代末人工湿地系统由试验阶段进入应用阶段 ， 相继德国、丹麦、奥地利、比利时、荷兰等国家也建立了大量的芦苇床系统 ,， 主要用于小城镇的污水处理 2， 目前该技术被广泛应用于处理生活污水、工业污水 1 ,2、矿山及石油开采废水 3、农业点源污染和面源污染、城市暴雨径流或生活污水、尾矿排出液 1 ,2以及水体富营养化 4的治理。 我国采用人工湿地处理污水发展较晚 ,， 直到 “ 七五 ” 期间才有了一定的规模 ， 即使到目前为止 ， 大多也都停留在试验使用阶段 5。 目前建成了一些中试研究基地 和 一些处理生活污水和工业
11、废水的人工湿地处理系统。首例采用人工湿地处理 污水的研究工作是 1988 1990年在北京昌平进行的自由表面流人工湿地 6， 1989 1990年由天津环保研究所建立 11个实验单元研究芦苇湿地对城市污水的处理能力，并对水力负荷、有机负荷、停留时间及季节等与污水中主要污染物规律进行探索，结果优于二级处理 7。 1990年在深圳白泥坑建造了占地面积为 1216 km2 处理规模 3100 m3/d的人工湿地示范工程 8。 1996 年胶南市充分利用风河下游北岸的大片盐碱荒滩，修建芦苇湿地系统，不仅很好地处理了工业废水和生活污水，而且吸引鸥鹭、燕鹊栖息，取得了良好 的生态效益 9。 20世纪末建成
12、的成都活水公园更展示了人工湿地系统处理污水新工艺的以水为主体的环境科学公园和 “ 用绿叶鲜花装饰大地，把清水活鱼送还自然 ” 的魅力，使生态与环境效益的完美结合，实现了污水资源化利用、整治堤岸、净化水体及恢复水域良性生态环境的多重目的 10。 本次实验是为了了解人工湿地对生活污水中 COD、 BOD5、 NO3-N、 NH4-N等水质指标的去除效果。通过对人工湿地进 、蓄、 出口水样中 COD、 BOD5、 NO3-N、 NH4-N等的含量，计算出人工湿地对 各 个水质指标的去除率，并分析出水口水样中各水 质指标是否达到 生活污水排放标准 (GB 189182002)。 本科毕业论文 人工湿地
13、的定义、基本构造、工艺流程 2 1 人工湿地的定义、基本构造、工艺流程 1.1 人工湿地的定义 美国著名的湿地研究、设计与管理专家 Hammer等人将人工湿地定义为 ： 一个为了人类的利用和利益 ， 通过模拟自然湿地 ， 人为设计与建造的由饱和基质、挺水与沉水植物、动物和水体组成的复合体 11。夏汉平等人 12认为 ： 人工湿地是指通过模拟天然湿地的结构与功能 ， 选择一定的地理位置与地形 ， 根据人们的需要人为设计与建造的湿地。目前对人工湿地定义已经取得了基本一致的认识 ： 人工湿地是一种由人工建造和监督 控制的 ， 与沼泽地类似的地面 ， 它充分利用了 “ 基质 - 微生物 -植物 ” 这
14、个复合生态系统的物理、化学和生物的三重协调作用来实现对污水的高度净化。自首届国际人工湿地处理污水大会于 1988 年在美国召开后 ， Constructed wetlands才逐渐取代其他术语而成为人工湿地的通用名词 2。 1.2 人工湿地的基本结构类型 人工湿地污水处理系统主要由水体、基质、水生湿生植物和微生物构成。湿地净化污水主要是靠基质 微生物 植物这个复合生态系统的物理、化学和生物的三重协调作用来实现 2人工湿地可按污水在湿地床中流动 的方式不同而分为三种结构类型 ： 表面流湿地 ( SFW， SurfaceFlowWetland) 、潜流湿地 ( SSFW， Subsurface F
15、lowWetland) 13和垂直流湿地 (VFW， Vertical FlowWetland) 14。 SFW人工湿地系统中 ， 废水在湿地的土壤表层流动 ， 水深较浅 (一般在 011 016m)。与 SS2FW系统相比 ， 其优点是投资省 ， 缺点是负荷低。北方地区冬季表面会结冰 ， 夏季会滋生蚊蝇、散发臭味 ， 目前较少采用。SSFW系统是污水在湿地床的内部流动 ， 因而一方面可以充分利用填料 表面生长的生物膜、丰富的植物根系及表土层和填料截留等的作用 ， 以提高其处理效果和处理能力 ； 另一方面则由于水流在地表以下流动 ， 故具有保温性较好、处理效果受气候影响小、卫生条件较好的特点。
16、它在污水处理中得到了广泛的应用 ， 但该系统的投资要略高一些。 VFW 系统是综合了 SFW 和 SSFW的特性 ， 水流在填料床中基本上呈由上向下的垂直流 ， 水流流经床体后被铺设在出水端底部的集水管收集而排出处理系统15。 1.3 人工湿地的工艺流程 人工湿地本身的工艺流程有多种形式 ， 其中常用的有四种 ： 推流式、阶梯进水式、回流式和综合式 。其中阶梯进水式可以避免填料床前部的堵塞问题 ， 有利于床后部的硝化脱氮作用的发生 ； 回流式可以对进水中的 BOD5和 SS进行稀释 ， 增加进水中的溶解氧浓度并减少处理出水中可能出现的臭味问题。出水回流同样还可以促进填料床中的硝化和反硝化脱氮作
17、用。综合式则一方面设置了出水回流 ， 本科毕业论文 人工湿地的定义、基本构造、工艺流程 3 另一方面还将进水分布到填料床的中部 ， 以减轻填料床前端的负荷 7。人工湿地的运行方式可根据其处理规模的大小 ， 进行多种方式的组合 ， 一般有单一式、井联式、串联式和综合式等。此外 ， 人工湿地还可与氧化塘系统串联组合。 本科毕业论文 材料方法 4 2 材料方法 2.1 朱家尖人工湿地概况 采用人工湿地工艺处理污水时，应尽可能选择有一定坡度的洼地或经济价值比较低的荒地，既可减少土方工程量、便于排水、降低投资，又可降低对周围环境的影响 16。 朱家尖位于舟山本岛东南，岛上拥有南沙、东沙五大海滨浴场及诸多
18、风景名胜。近年来，岛上宾馆大量兴建，旅客猛增，生活污水也随之增加。 本实验样地位于中国东部的浙江省舟山市朱家尖镇（ 2953N， 12223E； 海拔约200 m）。于 2006年，用机械挖掉约 2m的原土，按垂直流结构（ Liu et al， 2009）建设人工湿地约 0.30公 顷 。土壤粗沙多，细沙少（粗沙占：细沙大约为 5： 1， pH(KCl)为 7.8。 该 地是用朱家尖的南沙风景区宾馆与餐馆等生活污水灌溉（灌溉量约为每年 1.8万吨），相当于每年 6t/m2。垂直流人工湿地水流结构相当于滴灌的农田，实验区水位常在 40 70cm波动。因此本实验样地与以往多样性研究样地相比，基质具
19、有通气、透水、无干旱、营养充足的特征，因而从实验地建立之后一直没有施肥。 为完善排污配套设施，使风景区内的污水达标排放，并作为景观水回用，深圳市环境科学研究院对朱家尖污水厂的尾水进行了人工湿地深度处理设计如下表 1。 该深度处理系统处理规模为 2000 m/d。进水为舟山市朱家尖污水处理厂尾水，人工湿地系统出水排入属三类水体的内河，出水水质达到城市污水再生利用景观环境用水水质（ GB/T18921 2002）中的景观环境用水水质标准。 表 1 朱家尖污水处理厂人工湿地系统深度处理效果 Table 1 Zhujiajian sewage treatment plant constructed w
20、etland treatment effect of depth 指 标 总磷 （ mg/L） BOD5 （ mg/L） 氨氮 （ mg/L） SS （ mg/L） 进水水质 3.55 39.0 39.3 66 出水水质 0.08 2 0.1 5 观赏性环境用水 水质标准 0.5 6 5 10 2.2 所测水质指标的定义及意义 2.2.1 溶解氧 (DO) 空气中的分子态氧溶解在水中称为溶解氧。水中的溶解氧的含量与空气中氧的分压、水的温度都有密切关系。在自然情况下，空气中的含氧量变动不大，故水温是主要的因素，水温愈低，水中溶解氧的含量愈高。溶解于水中的分子态氧称为溶解氧，通常记作 DO，用每升
21、本科毕业论文 材料方法 5 水里氧气的毫克数表示。水中溶解氧的多少是衡 量水体自净能力的一个指标 17。水里的溶解氧被消耗，要恢复到初始状态，所需时间短，说明该水体的自净能力强，或者说水体污染不严重。否则说明水体污染严重，自净能力弱，甚至失去自净能力 18。 2.2.2 化学需氧量 (COD) 化学需氧量是在一定的条件下，采用一定的强氧化剂处理水样时，所消耗的氧化剂量。它是表示水中还原性物质多少的一个指标 19。水中的还原性物质有各种有机物、亚硝酸盐、硫化物、亚铁盐等 ， 但主要的是有机物。因此，化学需氧量 (COD)又往往作为衡量水中有机物质含量多少的指标。化学需氧量越大，说 明水体受有机物
22、的污染越严重。 COD 都是越低越好，但并没有统一的限制指标。在循环冷却水系统中 COD（ KMnO4 法） 5mg/L 时，水质已开始变差 20。它对于研究河流及受工业污水影响的海湾，沿岸等，是一个重要的快速的测定参数，是量度水样中还原性物质的重要指标 21。 2.2.3 生化需氧量 (BOD) 生化耗氧量是 “ 生物化学需氧量 ” 的简称，常记为 BOD，是指在一定期间内，微生物分解一定体积水中的某些可被氧化物质，特别是有机物质所消耗的溶解氧的数量， 是表示水中有机物等需氧污染物质含量的一个综合指标，它说明水 中有机物出于微生物的生化作用进行氧化分解，使之无机化或气体化时所消耗水中溶解氧的
23、总数量。其值越高，说明水中有机污染物质越多，污染也就越严重 22。加以悬浮或溶解状态存在于生活污水和制糖、食品、造纸、纤维等工业废水中的碳氢化合物、蛋白质、油脂、木质素等均为有机污染物，可经好气菌的生物化学作用而分解，由于在分解过程中消耗氧气，故亦称需氧污染物质。若这类污染物质排入水体过多，将造成水中溶解氧缺乏，同时，有机物又通过水中厌氧菌的分解引起腐败现象，产生甲烷、硫化氢、硫醇和氨等恶臭气体，使水体变质发臭。 以毫克 /升或百 分率、 ppm表示。它是反映水中有机污染物含量的一个综合指标 23，若进行生物氧化的时间为五天就称为五日生化需氧量（ BOD5）。 2.2.4 总氮 无机氮包括 硝
24、态氮、亚硝态氮和氨氮 。 (亚 )硝态氮 是指 (亚 )硝酸盐中所含有的氮元素。水和土壤中的有机物分解生成铵盐，被氧化后变为硝态氧 24。 氨态氮是由 微生物 分解 土壤 中含有动植物 遗骸 和 排泄物 的 蛋白质 与 尿酸 、 尿素 等做出的 氮源 25。氨态氮是水相环境中 氮 的主要形态，是 水体 富营养化和 环境污染 的一种重要 污染物 26。 总氮为硝酸盐氮、亚硝酸盐氮、氨氮与有机氮的总称，是反映水体富营养化的主要指标。据了解 ， 杂环类农药工业水污染物排放标准规定，在环境承载能力开始减弱，或环境容量较小、生态环境脆弱，容易发生本科毕业论文 材料方法 6 严重环境污染问题而需要采取特别
25、保护措施的地区，现有企业和新建企业要执行总氮特别排放限值 30mg/L。新修订的合成氨工业水污染物排放标准征求意见稿中，对总氮排放的要求是，现有企业自 2009 年 1 月 1 日起至 2010 年 6 月 30 日执行 50mg/L 的限值，自 2010 年 7月 1 日起执行 30mg/L 的限值。新建企业自 2008 年 7 月 1 日起就要执行 30mg/L 的限值，而特殊地区的企业要执行 20mg/L 的限值。 2.3 采样及分析测定方法 2.3.1 采样方法 人工湿地中污水样品的采集、贮存、运输和预处理及其分析测定均按水和废水检测分析方法27中的相应要求进行，具体测试方法见表 2。
26、 表 2 生活污水分析测定方法 Table 2 Analysis of determination of sewage 序号 监测项目 监测方法 1 温度 温度计 2 CODMn 碱性高锰酸钾法 3 BOD5 五日培养法 4 亚硝酸盐氮 盐酸 奈乙二胺比色法 表 3 生活污水排放标准 (GB18918 2002) Table 3 Sewage discharge standard(GB18918 2002) 基本控制项目 一级标准 二级标准 三级标准 A 标准 B 标准 化学需氧量 (COD) (mg/L) 50 60 100 120 生化需氧量 (BOD5)(mg/L) 10 20 30 60 总氮 (以 N 计 )(mg/L) 15 20 - - 氨氮 (以 N 计 )(mg/L) 5(8) 8(15) 25(30) - 总磷(mg/L) 2005 年 12 月 30 日前建设的 1 1.5 3 5 2006 年 1 月 1 日起建设的 0.5 1 3 5 PH 6-9 6-9 6-9 6-9
