摘 要

近年来，我国经济水平的不断提高，生产发展与生态环境之间的矛盾也随之日益突出。水是人们生活、工业生产中不可缺少的一部分，然而由于污水未经处理或不达标排放导致的水污染使得水资源进一步短缺。

传统的污水处理工艺存在很多问题，包括能耗大、处理水很难提标、污泥造成二次污染等；人工湿地是一种环境友好、低能耗、处理水质好的污水处理工艺，然而其也存在基质容易饱和、堵塞、占地面积大等问题。本研究通过AlMg-LDHs覆膜方式来改性无烟煤基质，并且在实验室构建模拟垂直流人工湿地小试系统，通过对比模拟试验系统中原始基质和改性基质对各种污染物的净化效果，得到小试系统中最佳的无烟煤基质改性条件，以解决人工湿地中基质现存的一些问题。

本实验有两个部分，包括无烟煤改性实验和改性无烟煤及未改性无烟煤的净化实验，模拟人工湿地模型对污水的净化实验采用的是间歇运行方式。在本实验中一共进行了八次的系统运行和指标监测，对改性及未改性的无烟煤基质的去除污染物规律有了大概的认识。主要研究结果：对于不同的污染物来说，无烟煤基质改性的最佳条件各不相同。对有机物净化效果最好的改性条件是pH=10，Al-Mg摩尔比为1：1；无烟煤对总氮净化效果最好的改性条件是pH=10，Al-Mg摩尔比为1：1；改性无烟煤对氨氮净化效果最好的是pH=10，Al-Mg摩尔比为1：1；对总磷净化效果最好的改性条件是pH=10,Al-Mg摩尔比为1：2；改性无烟煤对磷酸盐净化效果最好的是pH=13，Al-Mg摩尔比为1：2。

从提升改性无烟煤净化效果来看，改性后的无烟煤基质，对有机物、总氮、氨氮以及总磷的净化效果都有不同的提升作用。对总磷和总氮的去除达到《城镇污水厂污染物排放标准（GB18918-2002）》一级A标准。

关键词：垂直流人工湿地；无烟煤基质；LDHs；覆膜改性；氮磷；有机物

Abstract

With the development of economy in China, the contradiction between production and ecological environment has become prominent increasingly. As is known to us, water is an indispensable part in human's lives and the industrial production; however, due to water pollution caused by emission of untreated or not-standardized sewage, water resources are in short further.

Traditional process of wastewater treatment has problems such as large energy consumptions, difficulties in raising standards of the treated water, secondary pollution caused by sludge; furthermore, it has also caused pollution to a certain degree. Constructed wetland is an environmentally-friendly and low-energy-waste process of wastewater treatment that makes the water treated have good quality; however, it also has issues such as easy saturation and stoppage of wetland substrates, big area of coverage. With LDHs (Layered double hydroxides) filmed on the surface of anthracite substrate, the anthracite is modified. Simulated substrates test columns of vertical-flow constructed wetland (VFCW) were made in the lab. By comparing the effects of various pollutants in simulation test systems of the original and modified anthracite, we can find the best condition to modify the substrate to solve some problems existing in the constructed wetland.

This study has two parts, including anthracite modification experiments and the purification experiment of the modification and unmodification anthracite, artificial wetland models for intermittent operation mode for sewage purification experiment. This experiment was carried out 8 times of system operation and monitoring indexes, so for anthracite of modified and unmodified packing have a basic understanding to the rules of remove pollutants. The main results：as for different pollutants, the best conditions of the anthracite to modified are different. The best conditions for anthracite to modified to purify organic compound is pH=10, Al-Mg molar ratio is 1：1; the best conditions for anthracite to modified to purify TN is pH=10, Al-Mg molar ratio is 1：1; the best conditions for anthracite to modified to purify ammonia nitrogen is pH=10, Al-Mg molar ratio is 1：1; the best conditions for anthracite to modified to purify TP is pH=10, Al-Mg molar ratio is 1：2; the best conditions for anthracite to modified to purify phosphate is pH=13, Al-Mg molar ratio is 1：2.

From the improvement of the purification effect of modified anthracite, we can find that, the modified anthracite matrix can make a difference for the purification effects for the organic matter, total nitrogen (TN), ammonia nitrogen, total phosphorus (TP) and phosphate. And the concentration of total phosphorus (TP) and total nitrogen (TN) in outlet water below the first-class A Pollutant emission standards of urban sewage treatment plant (GB18918-2002).

Key Words：vertical-flow constructed wetland; anthracite substrates; LDHs; coated modification; Nitrogen Phosphorus; Organics.

目 录

摘 要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1 课题研究背景 1

1.2 人工湿地概述 2

1.3 LDHs简介 3

1.4 课题研究目的和意义 5

1.5 课题研究目标、内容及技术路线 5

1.5.1 研究的目标 5

1.5.2 研究的内容 6

1.5.3 拟采取的研究方法、技术路线 6

第二章 无烟煤改性试验和净化实验及其结果分析 10

2.1 无烟煤改性试验 10

2.1.1人工湿地基质选择 10

2.1.2 无烟煤的改性试验方法 10

2.2 净化实验所用原水 11

2.2.1 原水来源 11

2.2.2 净化实验原水水质 11

2.3 实验装置、仪器以及测试方法 12

2.3.1 模拟人工湿地实验装置 12

2.3.2 水质指标测定仪器和方法 12

2.3.3 净化实验方法 12

2.4 净化实验结果及分析 13

2.4.1 不同pH值条件生成的改性基质对有机物的去除效果 13

2.4.2 不同pH值条件生成的改性基质对总氮的去除效果 16

2.4.3 不同pH值条件生成的改性基质对氨氮的去除效果 19

2.4.4 不同pH值条件生成的改性基质对总磷的去除效果 22

2.4.5 不同pH值条件生成的改性基质对磷酸盐的去除效果 25

2.5 本章小结 28

第三章 结论与建议 30

3.1 结论 30

3.2 建议 30

参考文献 30

致 谢 32

第一章 绪论

1.1 课题研究背景

虽然有及其丰富的淡水资源存在于我们生活的地球之上，但是，这些珍贵的淡水资源并不是无穷无尽的，而且其在时空分布上也不是均匀的。与此同时，如今工业、农业以及人对水质和水量的需求正在不断大幅增加，人类的生存和发展已经严重的受到淡水资源短缺和水质恶化的影响。虽然地球上水储量相当丰富，但是只有2.5%是淡水，而且在南极，有大部分淡水以永久性冰雪的形式封存于此。所以能够被我们利用的淡水资源还是十分的有限，其形式主要是湖泊、埋藏相对较浅的地下水、土壤湿地和河流。

水资源的特点有：流动性、有限性以及可再生性，水资源的这些特点决定了水资源在分布上的不均匀性的特点，换言之，包括时间上的分布不均匀和空间上的分布不均匀，我国南北方的水量上的以及雨量的节气是的差别就充分体现了水资源的不均匀性。全球有33%的人生活在中度或者高度缺水的地区，而我们对水资源的需求却有增无减，加剧了情势的严峻性。同时，在农业方面也需要大量的水。

水资源污染物的主要来源有：工业废水、生活污水以及农田退水等。水资源受到污染最终会形成物理性危害、化学性危害以及生物毒性等方面的。但水污染问题也会通过水文循环过程而获得减轻，污染物会伴随着水体的运动而不断地发生改变，污染物的量天然的减少或者经行无害化处理的过程，也便是水体自净作用。如今，水污染的问题是无国界的，不论先进落后，也不论富裕贫穷，全人类都在与之抗衡。有的水污染是由于自然的因素，然而大部分的水资源的污染问题是由人为因素造成的^[1]。