给水铝盐污泥做基质的人工湿地处理农村生活污水工艺及机理

In view of the high nitrogen and phosphorus content in rural domestic sewage, drinking-water treatment sludge-based constructed wetland is proposed to build, and bioaugmentation is used to realize the target of surface water quality standard "(GB3838-2002) Ⅲ class. Additionally, the goal of resource utilization of the sludge can be achieved. The influence factors are analyzed to build dynamics and thermodynamics mechanism of phosphorus adsorption for sludge. In addition, efficient adsorption condition is optimized. Best use mode of sludge can be achieved through the investigation of matrix composition, filling method, adsorption saturation test. Biological denitrification and dephosphorization strengthening mechanism is established through the study of degradation mechanism and path. A reliable and effective operation process is built to strengthen the denitrification and dephosphorization effect of rural domestic sewage, helping to speed up the application of constructed wetland in China.

针对我国农村生活污水氮、磷含量较高的特点，本项目拟通过构建给水污泥为基质的人工湿地处理工艺，同时进行生物强化处理，实现出水水质达到《地表水水质标准》（GB3838-2002）Ⅲ类水质的标准，同时实现给水污泥的资源化利用。通过对给水污泥磷吸附特性的影响因素进行解析，阐明给水污泥吸附磷的动力学、热力学机制，优化给水污泥高效除磷的条件；通过考察给水污泥与其他基质填料的组合、填充方式及吸附饱和性，进行堵塞调控研究，建立给水污泥作为人工湿地基质填料的最佳利用模式；通过考察生物强化给水污泥做基质的湿地的脱氮机理及降解途径，阐明生物强化脱氮除磷机制；建立一套可靠、有效的运行工艺，获得最佳工艺运行参数，强化对农村生活污水中氮磷的去除，加快人工湿地技术在我国的进一步推广。

项目执行期间，受资助人针对我国农村生活污水氮、磷含量较高的现状，城市给水厂污泥亟需有效处理的问题，发明了一种利用富含铝盐的给水厂污泥作为原料烧制陶粒的新方法；分析了山东省内四个典型给水厂（玉清，雪山，鹊华，三合）污泥的理化特性及磷吸附特性，确定了污泥制备陶粒的可行性，为新型陶粒的开发提供了理论依据和技术支撑；明确了给水厂污泥比例和焙烧条件对陶粒性能的影响，探明了制备良好机械特性及吸附性能陶粒的工艺参数；明确了环境因素、污染物浓度等因素对给水厂污泥陶粒吸磷性能的影响，利用多种线性拟合方式，揭示了给水厂污泥除磷动力学机理。.将所开发的给水厂污泥陶粒作为主要基质，接种实验室高效脱氮功能菌群，建立了新型生物强化人工湿地处理系统。该工艺克服了传统人工湿地氮、磷去除效率低，水力停留时间长等缺陷，在有效提高人工湿地处理效率的同时，确保生活污水经人工湿地处理达到《地表水水质标准》（GB3838-2002）III类水质标准。在新型人工湿地系统构建过程中，筛选出与给水厂污泥陶粒最匹配的湿地植物，考察基质组合、填充方式、吸附饱和性等工艺运行参数，优化污泥陶粒基质的利用方式；利用分子生物学手段跟踪分析投加功能菌群在人工湿地中的迁移及演化规律，推导生物降解途径，阐明生物强化给水污泥脱氮除磷机制。该课题一方面实现了给水厂污泥的无害化、资源化，另一方面强化了人工湿地处理效果，实现了氮、磷等污染物质的高效去除，具有显著的社会、经济和环境效益。.该课题共完成英文论文9篇，其中6篇已发表在Bioresource Technology、Environmental Technology、Clean Soil Air Water、Fresenius Environmental Bulletin、International Biodeterioration & Biodegradation和Environmental Science & Pollution Research期刊【均为SCI论文】，JCR一区1篇，二区2篇，他引72次，平均影响因子2.918；完成研究生论文4篇；授权国家发明专利2项，正在审理中1项；培养博士3人（与国外联合培养1人），硕士4人，做国际会议报告2次。