垂直流人工湿地污水处理甲烷减排研究

发布时间：2017-03-23 02:14

  本文关键词：垂直流人工湿地污水处理甲烷减排研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：全球气候正发生着以变暖为主的显著变化,控制温室气体的排放已是全球各国所要面对的重要问题和任务。甲烷作为大气中重要的温室气体之一,已受到科学界的广泛关注。而在大气甲烷的来源中,湿地是自然界最重要的甲烷气体排放源。近年来,人工湿地系统由于具有能耗低、成本低、运行费用少和操作简便等优势,越来越多地被用于处理生活污水、工业废水和农业污水。但是人工湿地的独特环境特点使其在处理污水过程中必然会释放甲烷到空气中。本实验基于人工湿地微弱的供氧能力,研究了添加天然锰矿石对湿地系统甲烷排放量的消减效果,构建锰矿物驱动的湿地甲烷消减体系,为湿地系统甲烷减排提供新的方法和理论指导。本实验主要研究了天然锰矿人工湿地和普通砾石人工湿地的污染物去除效果及甲烷消减效果,通过对两组湿地系统内碳平衡的计算,分析湿地系统内碳的流向问题,并对两组湿地内产甲烷菌种群和细菌多样性进行了分析。实验的主要结果和结论如下:(1)天然锰矿湿地系统对于污染物具有较好的去除效果。其中,COD的去除效率很高,达到了92.60%;相同情况下,普通砾石湿地系统也有89.73%。两组湿地系统对于氮的去除效果不理想,TN去除率随运行时间不断下降,在实验末期天然锰矿和普通砾石湿地TN去除率只有25%和10%左右。锰矿湿地在磷去除方面相较砾石湿地效果明显,两组湿地系统TP去除率分别为95.55%和12.93%。总体来讲,锰矿人工湿地对碳氮磷的去除效果要好于砾石人工湿地。(2)以天然锰矿石为填料的湿地对甲烷排放具有明显的消减效果。锰矿物人工湿地的甲烷气体排放量与砾石人工湿地相比减少了90%以上。普通砾石湿地系统平均甲烷排放通量为2558.9±536.7 mg·m~(-2)·~(d-1),而天然锰矿湿地系统平均甲烷排放通量仅为46.7±19.3 mg·m~(-2)·~(d-1)。相对于其他相关研究结果,本实验所构建的锰矿人工湿地系统对于甲烷排放的消减效果更明显。。(3)通过碳平衡实验,两组湿地系统相比较碳输出差异性主要体现在湿地甲烷排放上,普通砾石湿地系统排放至气相中CH4-C为164.4mg,占16.5%,天然锰矿湿地CH4-C只有2.6mg,占0.26%,被消减的这一部分甲烷的碳可能转变为二氧化碳。同时由于基质的蓄积作用,锰矿组基质碳蓄积量也要大于普通砾石组。(4)两组人工湿地系统中均存在产甲烷菌,属于甲烷八叠球菌属。两组湿地系统中的细菌具有明显差异性,其中锰矿湿地系统中包含大量的金属还原细菌:厌氧粘细菌(Anaeromyxobacter)和地杆菌属(Geobacter),并存在一定丰度的与脱氮有关的菌属。相反,砾石湿地中的微生物则主要以去除有机物的细菌为主。砾石基质湿地中存在一定数量的甲烷好氧氧化菌,而锰矿湿地中则几乎没有此类细菌,表明锰矿基质湿地中的甲烷氧化主要是在厌氧环境中发生的。
【关键词】：人工湿地 锰矿石 甲烷厌氧氧化 污染物去除 细菌多样性
【学位授予单位】：重庆大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：X703;X701
【目录】：

• 中文摘要3-5
• 英文摘要5-9
• 1 绪论9-22
• 1.1 研究背景9-11
• 1.2 湿地中甲烷的排放过程及影响因素11-16
• 1.2.1 湿地甲烷的产生、氧化与传输11-12
• 1.2.2 湿地甲烷排放通量的研究12-13
• 1.2.3 湿地甲烷排放的影响因素13-15
• 1.2.4 湿地碳循环过程15-16
• 1.3 甲烷厌氧氧化的研究进展16-19
• 1.3.1 硫酸根作为电子受体的甲烷厌氧氧化16-18
• 1.3.2 硝酸根作为电子受体的甲烷厌氧氧化18
• 1.3.3 铁锰氧化物作为电子受体的甲烷厌氧氧化18-19
• 1.4 实验研究的的目的、内容和技术路线19-22
• 1.4.1 实验研究的目的意义19-20
• 1.4.2 实验研究的主要内容20-21
• 1.4.3 实验研究的技术路线21-22
• 2 实验方案及实验材料22-38
• 2.1 实验方案22-29
• 2.1.1 实验反应器的设计22-24
• 2.1.2 湿地填料和湿地植物的选择24-25
• 2.1.3 实验人工污水的配制25-26
• 2.1.4 实验内容及实验步骤26-29
• 2.2 实验研究方法29-33
• 2.2.1 甲烷和二氧化碳浓度测试方法29-32
• 2.2.2 物理化学指标的测试方法32
• 2.2.3 植物和基质有机碳的测试方法32-33
• 2.3 实验耗材与实验设备33-38
• 2.3.1 实验药品、试剂与材料33-36
• 2.3.2 实验仪器与设备36-38
• 3 湿地甲烷消减及污染物去除效果研究38-53
• 3.1 湿地长期运行效果38-46
• 3.1.1 湿地系统对COD的去除效果38-40
• 3.1.2 湿地系统对氮的去除效果40-44
• 3.1.3 湿地系统对TP的去除效果44-46
• 3.2 湿地物理指标的变化规律46-48
• 3.2.1 天然锰矿湿地系统ORP46-47
• 3.2.2 湿地pH变化规律47-48
• 3.3 湿地甲烷的消减48-51
• 3.3.1 两组湿地系统甲烷排放量对比48-49
• 3.3.2 两组湿地系统甲烷排放通量49-51
• 3.4 本章小结51-53
• 4 湿地内碳平衡及微生物分析53-62
• 4.1 湿地系统碳平衡分析53-55
• 4.2 湿地系统微生物分析55-60
• 4.2.1 湿地系统产甲烷菌种群分析56-57
• 4.2.2 湿地系统细菌多样性分析57-60
• 4.3 本章小结60-62
• 5 结论与建议62-64
• 5.1 结论62-63
• 5.2 建议63-64
• 致谢64-65
• 参考文献65-69

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