農(nóng)村非點(diǎn)源生活污水垂直流人工濕地處理系統(tǒng)甲烷排放控制研究

【摘要】：中國(guó)環(huán)境普查公報(bào)顯示農(nóng)村非點(diǎn)源污染已成為中國(guó)第一大污染源,成為影響水體生態(tài)環(huán)境重要的因素。人工濕地作為目前應(yīng)用較成熟的農(nóng)村污水處理系統(tǒng),卻甲烷排放有一定的貢獻(xiàn),考慮到CH4對(duì)溫室效應(yīng)的貢獻(xiàn)和對(duì)全球生態(tài)的影響,人工濕地甲烷排放控制的研究對(duì)全球氣候和生態(tài)環(huán)境具有重要意義。本研究主要對(duì)農(nóng)村非點(diǎn)源生活污水垂直流人工濕地處理系統(tǒng)甲烷的排放控制,在四川農(nóng)業(yè)大學(xué)大佛寺實(shí)驗(yàn)基地構(gòu)建了垂直流人工濕地處理系統(tǒng),該系統(tǒng)分為進(jìn)水池和出水池,人工濕地尺寸為3600mm×1200mm×1200mm,人工濕地植物為風(fēng)車草,鋪設(shè)三層介質(zhì)(分別為粒徑10-20mm,鋪設(shè)厚度400mm；粒徑20-30mm,鋪設(shè)厚度400mm；粒徑30-40mm,鋪設(shè)厚度2501mm)。利用正交實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì),采用來(lái)自農(nóng)村非點(diǎn)源生活污水作為降解對(duì)象,通過(guò)研究不同水位、曝氣強(qiáng)度、曝氣時(shí)間、曝氣間隔時(shí)間的控制工況,測(cè)定不同運(yùn)行條件下人工濕地處理系統(tǒng)甲烷排放通量及對(duì)應(yīng)水質(zhì)指標(biāo),分析人工濕地處理系統(tǒng)甲烷排放的主要的影響因子,提出控制措施,以最大限度減少溫室氣體的排放,最大限度滿足水環(huán)境和大氣環(huán)境的要求,為減排提供依據(jù)。研究表明：(1)通過(guò)對(duì)垂直流人工濕地系統(tǒng)甲烷排放通量的連續(xù)監(jiān)測(cè),測(cè)得在實(shí)驗(yàn)周期內(nèi)該垂直流人工濕地系統(tǒng)甲烷平均排放通量為1.34mol/m2/day,排放水平較高,是典型的甲烷排放源。(2)通過(guò)正交實(shí)驗(yàn)對(duì)各因素下甲烷排放通量進(jìn)行分析,發(fā)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)設(shè)定的曝氣量大小是影響甲烷排放通量的重要因素,過(guò)大的曝氣量和過(guò)小曝氣量都會(huì)引起曝氣效果不佳等狀況導(dǎo)致甲烷排放控制效果不理想。通過(guò)對(duì)不同運(yùn)行條件下甲烷的連續(xù)監(jiān)測(cè)以及水質(zhì)變化的監(jiān)測(cè)發(fā)現(xiàn),在控制系統(tǒng)水位為110cm,以6小時(shí)為一個(gè)周期,曝氣時(shí)間為20min,曝氣間隔時(shí)間為340min,曝氣強(qiáng)度為3.9m3/h的運(yùn)行控制條件下,垂直流人工濕地系統(tǒng)產(chǎn)生的甲烷量最小,排放量范圍在0 - 0.97mol/m2/day之間,平均排放量為0.355mol/m2/day,此時(shí)的曝氣量為6.5m3/6h。(3)通過(guò)對(duì)不同水位下甲烷排放通量的測(cè)定發(fā)現(xiàn),空白試驗(yàn)時(shí),甲烷排放通量范圍在0.76-2.41mol/m2/day之間,平均甲烷排放通量為1.42mol/m2/day。而通過(guò)對(duì)曝氣強(qiáng)度、曝氣時(shí)間、曝氣間隔時(shí)間和水位的控制,甲烷排放通量范圍保持在0.11一1.40mol/m2/day之間,平均甲烷排放通量為0.66mol/m2/day,相比空白試驗(yàn)時(shí)甲烷排放通量減少了53.21%。(4)曝氣能增加人工濕地中DO的含量,曝氣后人工濕地內(nèi)水的DO平均增加54.34%,在本研究發(fā)現(xiàn),水位和曝氣頭安裝位置對(duì)曝氣效果影響很大。控制水位為1100mm、曝氣頭均勻安裝在池底,可以提高曝氣效果,在垂直方向上最大平均氧氣傳遞效率達(dá)21.25%。另外,氣體在傳遞過(guò)程中能量消耗較大,特別是氣體從空壓機(jī)經(jīng)由氣體管道到微孔曝氣頭過(guò)程中所產(chǎn)生的能量損失大,平均每個(gè)曝氣頭壓力損失達(dá)到25.86pa。(5)人工濕地中,各水質(zhì)指標(biāo)對(duì)人工濕地甲烷排放通量的影響由大到小依次是：水溫TOCTNTN溶解氧pH氧化還原電位TCTP電導(dǎo)率。 【關(guān)鍵詞】：甲烷排放控制 復(fù)合垂直流人工濕地 農(nóng)村非點(diǎn)源生活污水 微孔曝氣控制 水位控制
【學(xué)位授予單位】：四川農(nóng)業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：X799.3
【目錄】：

• 摘要5-7
• abstract7-11
• 1 緒論11-23
• 1.1 研究背景11-13
• 1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀及趨勢(shì)13-17
• 1.2.1 人工濕地甲烷研究現(xiàn)狀及趨勢(shì)13-17
• 1.3 論文研究?jī)?nèi)容、技術(shù)路線和研究方法17-23
• 1.3.1 研究?jī)?nèi)容17
• 1.3.2 研究技術(shù)路線17-18
• 1.3.3 研究方法18-23
• 2 材料與方法23-39
• 2.1 實(shí)驗(yàn)材料23-28
• 2.1.1 復(fù)合垂直流人工濕地的構(gòu)建23-26
• 2.1.2 選用的人工濕地植物26-27
• 2.1.3 復(fù)合人工濕地溫室氣體收集裝置27-28
• 2.2 實(shí)驗(yàn)方法28-39
• 2.2.1 人工濕地甲烷排放控制背景實(shí)驗(yàn)28
• 2.2.2 人工濕地甲烷排放控制影響因素設(shè)置28-33
• 2.2.3 監(jiān)測(cè)與分析方法33-38
• 2.2.4 數(shù)據(jù)處理分析38-39
• 3 結(jié)果與分析39-75
• 3.1 人工濕地甲烷控制分析39-75
• 3.1.1 空白試驗(yàn)甲烷排放結(jié)果39-45
• 3.1.2 農(nóng)村非點(diǎn)源生活污水甲烷排放控制實(shí)驗(yàn)的甲烷排放結(jié)果45-75
• 4 討論75-120
• 4.1 人工濕地中氧氣傳遞效率效率的分析75-87
• 4.1.1 人工濕地曝氣效果分析76-83
• 4.1.2 氣體傳遞過(guò)程中能量損失83-85
• 4.1.3 幾種不同曝氣處理工藝比較85-87
• 4.2 曝氣、水位對(duì)人工濕地甲烷排放通量的影響分析87-90
• 4.3 水質(zhì)對(duì)人工濕地甲烷排放通量影響分析90-115
• 4.3.1 水溫91-93
• 4.3.2 溶解氧93-96
• 4.3.3 pH96-99
• 4.3.4 電導(dǎo)率99-101
• 4.3.5 氧化還原電位101-104
• 4.3.6 營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)(TC、TOC、TN、TP)104-115
• 4.4 農(nóng)村非點(diǎn)源生活污水人工濕地處理系統(tǒng)甲烷排放控制措施115-120
• 4.4.1 農(nóng)村非點(diǎn)源生活污水人工濕地處理系統(tǒng)甲烷排放經(jīng)濟(jì)估算115-117
• 4.4.2 農(nóng)村非點(diǎn)源生活污水人工濕地處理系統(tǒng)甲烷排放控制措施117-120
• 5 結(jié)論120-125
• 5.1 主要研究成果120-122
• 5.2 創(chuàng)新點(diǎn)122
• 5.3 研究展望122-125
• 參考文獻(xiàn)125-131
• 致謝131-133
• 作者在讀期間主要參與科研項(xiàng)目與發(fā)表論文133

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