發(fā)布時(shí)間：2020-03-26 17:23

【摘要】：人工濕地處理低污染水體時(shí),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(huì)造成運(yùn)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(duì)于人工濕地系統(tǒng)脫氮具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。近年來(lái),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?bào)w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�(bào)w在系統(tǒng)內(nèi)部消納,從而無(wú)需外運(yùn)處置,節(jié)約處置成本。目前,對(duì)于水生植物殘?bào)w腐解的研究主要聚集于對(duì)水體水質(zhì)的影響,對(duì)用作濕地碳源的系統(tǒng)性和專門(mén)性研究則較為不足。針對(duì)目前這種狀況,本論文從以下幾個(gè)方面進(jìn)行針對(duì)性研究:(1)對(duì)人工濕地系統(tǒng)中常用的三種不同類型水生植物殘?bào)w的腐解過(guò)程進(jìn)行對(duì)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?bào)w在水體中的腐解規(guī)律以及對(duì)水體水質(zhì)的影響程度。同時(shí),通過(guò)分析水體水質(zhì)指標(biāo)的變化幅度,優(yōu)選出腐解過(guò)程對(duì)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?bào)w的腐解過(guò)程對(duì)水體水質(zhì)的影響程度最大,黑藻次之,香蒲最小。殘?bào)w投加量的增加可提高殘?bào)w腐解對(duì)水體水質(zhì)的影響程度,而底泥的引入可減輕殘?bào)w腐解對(duì)水體的影響程度。鳳眼蓮、黑藻和香蒲殘?bào)w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?bào)w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(cè)序結(jié)果表明:負(fù)責(zé)鳳眼蓮和黑藻殘?bào)w腐解的微生物群落較為接近,但與香蒲殘?bào)w相差較大。底泥添加后,負(fù)責(zé)鳳眼蓮和黑藻殘?bào)w腐解的微生物群落發(fā)生了顯著變化,香蒲殘?bào)w的變化則不明顯。(2)評(píng)估香蒲型表面流人工濕地系統(tǒng)對(duì)低污染水體的脫氮性能。利用單因素實(shí)驗(yàn),研究香蒲種植密度、水深以及水力停留時(shí)間(HRT)對(duì)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(duì)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(duì)系統(tǒng)脫氮效能的影響:水深HRT種植密度�？色@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(kāi)展香蒲殘?bào)w投加對(duì)表面流人工濕地系統(tǒng)脫氮性能的影響研究。通過(guò)對(duì)比不同投加量和溫度下香蒲殘?bào)w腐解釋放的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)濃度,確定殘?bào)w投加量和水溫對(duì)殘?bào)w腐解的影響。通過(guò)對(duì)比不同投加方式對(duì)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?bào)w有機(jī)物(TOC)釋放量和氮去除效果為原則,確定殘?bào)w最佳的投加方式。此外,通過(guò)考察系統(tǒng)一年的運(yùn)行效果,確定不同季節(jié)下香蒲殘?bào)w投加對(duì)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(duì)香蒲殘?bào)w的潛在應(yīng)用性進(jìn)行分析。結(jié)果表明:殘?bào)w宜分批投加(即少量多次),投加量為0.1g/L/d。殘?bào)w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?bào)w投加對(duì)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(wú)需外運(yùn)處置,從而實(shí)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(guò)對(duì)比香蒲殘?bào)w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?bào)w投加對(duì)系統(tǒng)溫室氣體排放的影響。同時(shí),通過(guò)監(jiān)測(cè)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(jìn)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(duì)溫室氣體的監(jiān)測(cè)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?bào)w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?jiǎng)t是微生物的反硝化作用,香蒲殘?bào)w的投加提高了碳、氮主要去除路徑對(duì)系統(tǒng)脫碳除氮的貢獻(xiàn)比例。
【圖文】：

氮是造成水體富營(yíng)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(duì)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(jī)和無(wú)機(jī)形式的氮。有機(jī)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(dòng)物吸收氨后產(chǎn)生）、尿酸（由鳥(niǎo)類和昆蟲(chóng)產(chǎn)生）、嘌呤和嘧啶（參與 DNA制備）中。無(wú)機(jī)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?dú)猓∟2）。氣態(tài)氮包括氮?dú)猓∟2）、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(guò)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(jī)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(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：X703

【參考文獻(xiàn)】

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(duì)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(hào)：2601730