跌水曝气与垂直流人工湿地对农村污水处理的研究外文翻译资料

 2022-10-27 15:50:55

英语原文共 12 页，剩余内容已隐藏，支付完成后下载完整资料

跌水曝气与垂直流人工湿地对农村污水处理的研究

摘要：人工湿地被公认为是一种可靠的农村污水处理技术。然而，传统的人工湿地面临着污染物去除效率低和氧气传输能力有限的问题。因此，一种采用跌水曝气系统的新型垂直流人工湿地在这个研究中被开发。试验构建了两个0.75平方米的具有相同尺寸和配置但是介质不同的垂直流人工湿地，其中一个（被命名为CW1），充满了1：1混合（重量比）的沸石和白云石，另一个(被命名为CW2)，仅用等量的沸石。研究人员对于CW1和CW2的多级两层跌水曝气装置的氧气传递能力、有机物和氮的去除，以及CW1和CW2在不同运营阶段其污染物深度分布进行了研究。结果表明，与直接跌水曝气相比，多级两层跌水曝气装置每一米下降高度提供2-6mg/L更多的溶解氧，而且安装六级双层跌水曝气装置后，CW1的五天的生化需氧量去除负荷从8.1g/d提高到1402g/d。对于不同的过滤介质，与CW1相比，在沸石吸附除氮的第一年，CW2的NH4 N的去除效率要高5-36%。因为对磷酸盐的去除没有明显影响，白云石可以取代沸石。与VFCWs不同运营阶段氮的分布深度有差异不同，不同阶段的化学需氧量的的去除主要发生在15厘米的过滤层。此外，由于没有出现运营问题，垂直流人工湿地与跌水曝气系统是合适的农村污水处理的替代，他具有投资和运营成本低，无能源消耗，易于维护，高水利负荷率，高污染物去除率以及无堵塞等优点。

关键词：农村污水处理；垂直流人工湿地；跌水曝气；沸石；白云石

1 概况

提高农村污水处理质量、保护附近受纳水域的研究正日益被重视。在欧洲，由于城市污水指令的实施，对农村污水处理实用技术的研究越来越重要，这迫使低于2000居民人口的社区不得不治理他们的污水(Martin等，2007)。丹麦已通过国家规定从农村属性定义有机物和营养物质的允许排放量(Brix和Arias ，2005)。

目前，我国农村水环境污染日益严重，大约有96%个村庄排放未经处理的废水直接到接收水域（mhurdprc 2005）。为了保护湖泊，河流和其他水体污染，中国政府已经建立了相应的法律，法规和标准（梁等。2010）。目前，我国主要关注污水治理以及农村污水处理情况。然而，由于农村缺乏经济资源和训练有素的人员，可替代的低成本、节能以及操作更简单的废水处理系统正被开发和推广。其中人工湿地可以作为农村污水处理的有效替代并且在全球范围内生活污水的二级和三级处理中也越来越受欢迎。（Arroyo 等人. 2010; Babatunde 等人， 2008; Coleman等人， 2001; Cooper 2009; Steer 等人. 2002）。

人工湿地可以分为两大类：水平流（HF）和垂直流（VF）。与水平流系统相比，垂直流人工湿地（VFCWs）面积需求更小，氧气传递能力更高，液压系统简单（Cooper 2009; Luederitz 等人. 2001）。然而，传动的垂直流人工湿地有一些基本的缺陷，如水力负荷和有机物负荷低，易堵塞，溶解氧浓度（DO）低。VFW推荐的水力和有机物负荷分别只有0.05-0.06m3 mminus;2dayminus;1和0.01–0.04 kg BOD5 mminus;2 dayminus;1(Prochaska等人. 2007)。生物膜的积累和生物膜的生长造成的过滤介质堵塞是人工湿地经常遇到的操作问题(Hua 等人. 2010; Zhao 等人. 2009)。因此，为了避免人工湿地的预期堵塞，建议将污水经过物理方法预处理后再排入垂直流人工湿地（Joan等.2007; Prochaska等.2007）。

湿地有限的氧气传输能力导致强化处理工艺的发展，这样能为系统提供足够的氧气用于有机物的去除和氨的硝化作用。引入氧气的系统有，通过频繁的水位波动（潮汐流；Austin 等. 2003; Behrends等. 1996），被动式空气泵（垂直流；Green等，1998），或是在砾石床的水直接机械曝气（水平流；Dufay 2000; Flowers 2002; Wallace 等. 2001）。

在这个研究者，设置了两个试点规模为0.75平方米的垂直流人工湿地，用于确定该系统的效率来减少污染负荷。垂直流人工湿地的氧气有专门的多级双层跌水曝气装置提供(Liu等.2010)。沸石和白云石被用作垂直流人工湿地的过滤介质，用于提高氮的去除率以及避免堵塞。经过多级双层跌水曝气装置传输氧气，有机物在安装多级双层跌水曝气系统前后被垂直流人工湿地去除；氨氮则是在垂直流人工湿地的不同操作阶段被去除，并且对不同深度的污染物分布进行了研究。

2 材料与方法

2.1 多级双层跌水曝气装置的描述

直接跌水曝气装置和多级双层跌水曝气装置见表1（这项研究设计六个流域）。多级两层跌水曝气装置由六个两层曝气单元构成。倾斜的两层跌水曝气单元的横截面是三角形的，并且平行于彼此，垂直距离为0.3米。厌氧进水由一个流量表控制，从密封室流出，然后落入直接跌水曝气或者双层跌水曝气装置。直接跌水曝气和双层跌水曝气单元的废水中的溶解氧的测量高度都是0.3, 0.6, 0.9, 1.2, 1.5和1.8 米。

图1：（a）直接跌水曝气 (b)多级双层跌水曝气

1.密封室；2流量表；3直接跌水曝气容器；4双层跌水曝气单元

2.2 过滤材料

以下材料被选为垂直流人工湿地的过滤介质：

沸石—直径4-8mm，孔隙率35%，体积密度1.1t/m3，表面积10.58m3/g，细孔直径5.62nm，Ph值为7.03，导电率52mu;s/cm—由38%的石英、33%的斜发沸石、6%的方沸石、15%的透长石和8%伊利石组成。它是从中国河南省巩义市的华龙过滤长获得的。铵离子的吸附预实验表明沸石的最大吸附容量为8.1mgNH4 -N/g。

白云石—直径4-8毫米，孔隙率35%，体积密度1.46吨/立方米，表面积高达9.82 m2/g，细孔直径径1.04 nm，pH值为7.57，和电导率33.3mu;s/cm——由100%白云石((CO3)2)CaMg组成。它也是从中国河南省巩义市的华龙过滤长获得的。吸附铵离子的预实验数据表明，白云石几乎不吸附铵离子。

砾石是含有少量氧化铁（氧化铁），铝和钙的氧化物的一种天然存在的硅酸盐矿物。砾石的直径为6-25毫米，堆积密度为1.75t/m3。

2.3 垂直流人工湿地的描述

一种新型的垂直流人工湿地系统在2008年11月北京中国科学院的生态环境科学研究中心（RCEES）被构建（见表2）。两个平行的垂直流人工湿地采用矩形聚乙烯容器构成，每一个具有表面积0.75m2（Ltimes;B= 1.5times;0.5 m）和70cm的深度和含50cm的介质层和20cm的自由水面。50cm的介质层由下列介质的两个连续的层组成：6到25mm直径的洗河砾石组成的一个15cm的底层，作为排水层（底部），和一个由4～8mm直径的沸石和白云石1:1混合物（重量比）组成的一个35cm深的主层型系统（命名为CW1）或全部由相同的沸石组成（命名为CW2）。

图2：垂直流人工湿地系统的布局（图的大小以毫米表示）

1、六级双层跌水曝气装置；2、取样管；3、一个直径4-8毫米和白云石和沸石1:1的混合（重量比）CW1（等量的沸石CW2）；4、碎石d6-25毫米；5、穿孔排水管；6、管用于型系统设置水位

两个具有0.9米高度的六级双层跌水曝气装置在2009年12月被分别安装在两个垂直流人工湿地，而不是在第一年多孔入口管。

垂直流人工湿地一直用自来水冲洗直到分析渗滤液证实没有选民关注的问题（例如，固体悬浮物、氮、磷）的沥滤出，并发现了平行湿地间无任何其他差异(Prochaska等2007）。然后，湿地连接一个生活污水预处理系统，通过一个厌氧反应器避免床层堵塞，每一个接受污水量144L/d，相当于一个水力负荷率（HLR）约为0.192 m3/(m2 day)。然而，从十二月2010月2011，为了探讨HLR对CW1和CW2氮去除效果的影响，进水流量改为为58L/d。

垂直留人工湿地系统的进水水质如表1所示。

2.4 采样和分析

关于废水化学分析，水样品收集在塑料瓶预先用去离子水洗涤，并与采样水反复冲洗。CW1和CW2入口和出口的水样每月采集一次，但从2010一月到九月期间的样本，每2个月采集一次。在出口前，根据各处理单元的水力停留时间，在一定的时间内收集进水样品。

在指定的过滤介质的深度（150、20和360毫米）的样品通过一组水平采样管采集不同阶段的水样（见图2），包括20%，50%和80%的床层长度。此外，过滤介质（沸石和白云石）是从垂直留人工湿地不同深度用专用取样器取出。温度（T），DO，和pH定期用WTW-Multi 340i分析仪（德国制造）测量，并且分别用CellOx325和SenTix 41-3pH电极探测。5日生化需氧量（BOD5）由Method 5210 A使用哈希BOD5 分析仪测定，化学需氧量（COD）由Method 5220 D使用哈希COD消解溶液测量。根据各自的标准方法（2004 CEPB）对悬浮固体（SS），铵氮（铵态氮），总氮（TN），和总磷酸盐（TP）进行了分析。过滤介质由X射线荧光组成（热电公司，ARL ADVANT X，美国），氮含量测定使用了文献中描述的技术（Bao 2000）。

3 结果与讨论

3.1 多级双层降曝气装置的氧传递性能

测量了多级双层层跌水曝气装置和直接跌水曝气过程的氧传递能力。结果表明，氧转移到废水通过多级双层层跌水曝气装置是更有效的，比通过直接跌水曝气过程高效，前者比后者氧传递能力高2-6 mg/L（图3）。氧转移到废水中的量的随着流量的减小而增加，并且在下降高度低于1.2米增加迅速，然后随着下降的高度增加增长缓慢。李某等人得出了随着下降高度的增加，负氧的增长趋势逐渐平缓的相似趋势(2008)。郑某的实验在温度16℃，流量300mL/min溶解氧含量增加到6mg/L的垂直跌水高度为1.6m，并发现水流进入三级高度人工湿地溶解氧含量为6.59，5.60和5.27mg/L，其对应的跌水高度分别为2.8, 2.2和 1.7 m。在这项研究中，废水中的溶解氧增加到9.60–10.04 mg/L需通过多级双层跌水曝气装置1.8m跌水高度以及100-300mL/min的流速。

图3：在12℃实验温度下通过多级两层降曝气装置的氧传递能力（示为M-11，M-22，和M-33）与以往的直接降曝气处理（显示为D-11，D相比-22，和D-33）的对比

废水的氧气不足与跌水高度的关系，如图4所示，根据以下等式（Li等2008）：

其中DOsa是在试验温度饱和溶解氧浓度（DOsa在12°C 为10.77 mg/L），CT是实验温度下降后废水中溶解氧浓度，H是跌水高度，a和b是负氧的常数参数。

图4：废水的缺氧程度在直接跌水曝气工艺废水（如D1 #，D-2#和D-3 #）和多级双层跌水曝气装置（如M-1#，M-2#和M-3 #）和跌落高度的关系

上述实验数据，a、b和r2（相关系数）如表2所示。对于多参数b，多级双层跌水曝气装置是直接跌水曝气的两倍，说明多级双层跌水曝气装置的复氧能力比直接跌水曝气过程的高很多，这是归因于前者多级双层过程期间输送更多氧气到废水能力。这个过程如图1所示：废水在双层跌水曝气单元顶部表面从右到左，然后在下部倾斜的双层跌水曝气单元向相反的方向流动，最后经过重力进入下一个单元。因此，与直接降曝气工艺相比，多级两层压降曝气装置有效地为废水提供了每米跌水高度额外2–6 mg/L 溶解氧，并具有无能耗、高氧输送能力、无堵塞现象，并可产生较低的气味等的优点。

图3.2 安装六级双层跌水曝气装置前后的垂直流人工湿地的有机物去除率

安装六级两层下降曝气设备前和安装后的（从2009年1月至2009年11月和2010年1月至2010年11月），CW1和CW2的进水和出水中COD和BOD5平均浓度和去除效率可见图5和图6。

图3.3：安装六级两层下降曝气设备前和安装后CW1和CW2中COD的去除率

图3.4：安装六级两层下降曝气设备前和安装后CW1和CW2中BOD<su

剩余内容已隐藏，支付完成后下载完整资料</su

资料编号：[153226]，资料为PDF文档或Word文档，PDF文档可免费转换为Word

原文和译文剩余内容已隐藏，您需要先支付 30元 才能查看原文和译文全部内容！立即支付

以上是毕业论文外文翻译，课题毕业论文、任务书、文献综述、开题报告、程序设计、图纸设计等资料可联系客服协助查找。

您可能感兴趣的文章