發(fā)布時間：2020-03-26 17:23

【摘要】：人工濕地處理低污染水體時,由于缺乏碳源,往往很難獲得理想的脫氮效果。為了提高反硝化脫氮效果,目前常用的做法是投加化工類碳源。但這些碳源的投加會造成運行成本的升高,甚至可能造成水體的二次污染。因此,尋求更加生態(tài)自然的替代碳源對于人工濕地系統(tǒng)脫氮具有重要的現(xiàn)實意義。近年來,植物性碳源逐漸引起了人們的關(guān)注,如果能夠在枯萎期將濕地水生植物殘體有效用作濕地內(nèi)部碳源,不僅能夠提高系統(tǒng)的脫氮效率,還能夠?qū)⑺�生植物殘體在系統(tǒng)內(nèi)部消納,從而無需外運處置,節(jié)約處置成本。目前,對于水生植物殘體腐解的研究主要聚集于對水體水質(zhì)的影響,對用作濕地碳源的系統(tǒng)性和專門性研究則較為不足。針對目前這種狀況,本論文從以下幾個方面進行針對性研究:(1)對人工濕地系統(tǒng)中常用的三種不同類型水生植物殘體的腐解過程進行對比研究。選用鳳眼蓮、黑藻和香蒲作為浮葉植物、沉水植物和挺水植物的典型代表,研究其殘體在水體中的腐解規(guī)律以及對水體水質(zhì)的影響程度。同時,通過分析水體水質(zhì)指標(biāo)的變化幅度,優(yōu)選出腐解過程對水體水質(zhì)影響程度較小且釋放的C/N比最高的水生植物類型。研究發(fā)現(xiàn):鳳眼蓮殘體的腐解過程對水體水質(zhì)的影響程度最大,黑藻次之,香蒲最小。殘體投加量的增加可提高殘體腐解對水體水質(zhì)的影響程度,而底泥的引入可減輕殘體腐解對水體的影響程度。鳳眼蓮、黑藻和香蒲殘體向水體釋放的最大C/N比分別為2.6、5.3和20.3,因此,香蒲殘體更適合用作人工濕地系統(tǒng)反硝化脫氮的外加碳源。此外,高通量測序結(jié)果表明:負(fù)責(zé)鳳眼蓮和黑藻殘體腐解的微生物群落較為接近,但與香蒲殘體相差較大。底泥添加后,負(fù)責(zé)鳳眼蓮和黑藻殘體腐解的微生物群落發(fā)生了顯著變化,香蒲殘體的變化則不明顯。(2)評估香蒲型表面流人工濕地系統(tǒng)對低污染水體的脫氮性能。利用單因素實驗,研究香蒲種植密度、水深以及水力停留時間(HRT)對系統(tǒng)脫氮除磷效果的影響。采用響應(yīng)面法分析各因素之間的交互作用及其對系統(tǒng)脫氮效能的影響,并獲得最優(yōu)工況。結(jié)果表明:香蒲種植密度和HRT的增加能夠提高系統(tǒng)的氮、磷去除率,水深則反之。其中,僅香蒲種植密度的增加可提高系統(tǒng)的氮、磷去除負(fù)荷。對系統(tǒng)脫氮效能的影響:水深HRT種植密度。可獲得較高氮去除負(fù)荷和處理水量的最優(yōu)工況條件為:香蒲種植密度20株/m~2、水深42 cm、HRT 1d,該工況下,TN和NO_3~--N去除率分別為20.49%和20.15%,去除負(fù)荷分別為1.12和0.85 g m~(-2) d~(-1),處理水量為0.126 m~3 d~(-1)。(3)開展香蒲殘體投加對表面流人工濕地系統(tǒng)脫氮性能的影響研究。通過對比不同投加量和溫度下香蒲殘體腐解釋放的營養(yǎng)物質(zhì)濃度,確定殘體投加量和水溫對殘體腐解的影響。通過對比不同投加方式對水體pH、溶解氧(DO)和脫氮效果的影響,并以獲得較高的單位殘體有機物(TOC)釋放量和氮去除效果為原則,確定殘體最佳的投加方式。此外,通過考察系統(tǒng)一年的運行效果,確定不同季節(jié)下香蒲殘體投加對系統(tǒng)脫氮性能影響的差異。并結(jié)合香蒲的年平均產(chǎn)量,對香蒲殘體的潛在應(yīng)用性進行分析。結(jié)果表明:殘體宜分批投加(即少量多次),投加量為0.1g/L/d。殘體投加后,系統(tǒng)出水TOC未出現(xiàn)明顯的升高,TN和NO_3~--N的去除率及去除負(fù)荷顯著提高。不同的季節(jié),香蒲殘體投加對系統(tǒng)脫氮效果的提高幅度有所差異,夏季為21.57%,冬季為14.97%。濕地系統(tǒng)內(nèi)部種植的水生植物在枯萎期可全部收割并直接放置于系統(tǒng)中而無需外運處置,從而實現(xiàn)水生植物在表面流濕地系統(tǒng)中的循環(huán)利用。(4)建立表面流人工濕地系統(tǒng)的碳、氮平衡。通過對比香蒲殘體投加前后系統(tǒng)溫室氣體的釋放通量,明確不同的季節(jié)下系統(tǒng)溫室氣體的釋放規(guī)律以及殘體投加對系統(tǒng)溫室氣體排放的影響。同時,通過監(jiān)測濕地系統(tǒng)各相(主要包括植物相、泥相、水相和氣相等)中碳、氮的形態(tài)及含量,分析碳、氮進入濕地系統(tǒng)后的遷移轉(zhuǎn)化途徑,從而建立表面流人工濕地系統(tǒng)的碳、氮平衡。氣相色譜對溫室氣體的監(jiān)測發(fā)現(xiàn):N_2O、CH_4和CO_2的釋放均呈現(xiàn)出明顯的季節(jié)性,除了夏、秋季表現(xiàn)為CO_2的匯,其他均為釋放源,釋放通量為夏季秋季春季冬季。殘體投加后,三種溫室氣體的釋放通量顯著升高。系統(tǒng)碳去除的主要途徑是微生物的分解代謝轉(zhuǎn)化,脫氮則是微生物的反硝化作用,香蒲殘體的投加提高了碳、氮主要去除路徑對系統(tǒng)脫碳除氮的貢獻比例。
【圖文】：

氮是造成水體富營養(yǎng)化的最主要污染物之一，直接影響了水體的溶解氧水平，并可能對水生生物造成嚴(yán)重的毒性（取決于氮的形態(tài)）。廢水中主要存在有機和無機形式的氮。有機氮主要存在于氨基酸（用于形成蛋白質(zhì)的肽鏈）、尿素（由哺乳動物吸收氨后產(chǎn)生）、尿酸（由鳥類和昆蟲產(chǎn)生）、嘌呤和嘧啶（參與 DNA制備）中。無機氮主要包括銨鹽（NH+4）、亞硝酸鹽（NO-2）、硝酸鹽（NO-3）、一氧化二氮（N2O）和溶解態(tài)的元素氮或氮氣（N2）。氣態(tài)氮包括氮氣（N2）、一氧化二氮（N2O）、二氧化氮（NO2）和游離氨（NH3）。在人工濕地系統(tǒng)中，氮的轉(zhuǎn)化和去除主要通過幾種傳統(tǒng)的途徑完成，包括生物（即氨化、硝化、反硝化、植物吸收、生物量同化、異化硝酸鹽還原）和物理化學(xué)途徑（例如氨揮發(fā)和吸附等）[17]。圖 1-1 展示了人工濕地系統(tǒng)中氮的主要轉(zhuǎn)化途徑，，下面將逐一詳細(xì)地介紹這些途徑，以了解人工濕地系統(tǒng)復(fù)雜的氮去除機制。

技術(shù)路線圖
【學(xué)位授予單位】：上海交通大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：X703

【參考文獻】

相關(guān)博士學(xué)位論文 前1條

1 賈小寧;固定化微生物組合床型對低碳氮比污水的脫氮性能研究[D];蘭州大學(xué);2014年

本文編號：2601730