盐地碱蓬人工湿地去除海水养殖废水中氮磷污染物及其机制研究

发布时间：2020-04-16 02:39

【摘要】：垂直潜流湿地被广泛应用于废水处理之中,但很少有应用于海水养殖废水的处理之中。海水养殖废水中含有大量氮磷营养盐、有机物和盐分,可生化性好,适于利用人工湿地进行处理。将海水养殖废水引入人工湿地系统,在提高人工湿地对海水养殖废水中氮营养盐的去除效率的同时,有望促进厌氧氨氧化过程,从而优化人工湿地处理系统。本研究选用耐盐植物盐地碱蓬,构建了人工湿地小试系统,开展养殖废水中氮磷污染物的去除研究。首先研究人工湿地小试系统对于海水养殖废水中氮磷污染物的去除效果,为其处理海水养殖废水的能力提供科学依据;其次从分子生物学角度出发,探寻人工湿地小试系统对海水养殖废水中氮营养盐的处理机制,为进一步优化人工湿地系统提供理论依据;最后在前段研究的基础之上,研究不同盐度对厌氧氨氧化菌数量和丰度的影响。本研究得到结论如下:(1)盐度升高对总磷的去除效果影响不大,但总氮的去除效率有所降低。系统对于氨氮的去除效果随着盐度升高而下降,亚硝氮在较高盐度时有明显积累,硝氮的去除效果稳定。但是在4%的盐度下,湿地装置中总氮去除效率仍可维持在65%以上。(2)基质不同深度对氮的去除效果不同。在0-20cm,氨氮和硝氮的浓度大幅下降,污染物去除效率最高;在经过前40 cm基质后,2%和3%盐度下的硝氮去除效率较高。0%的系统中几乎没有亚硝氮的积累,亚硝氮在较高盐度(3%)时有明显积累,氨氮和亚硝氮的浓度比值接近1:1,更加有利于厌氧氨氧化过程的发生。(3)系统中的细菌群落分布受到盐度和基质深度的影响较大。随着盐度的增加,OTU值逐渐降低,说明盐度降低了湿地中微生物的群落多样性。0%系统中,0-20cm处微生物丰度及多样性都是最高;20-40cm处,2%盐度下微生物丰度及多样性最高。在系统中主要存在22个菌门,其中丰度最高的菌门为Proteobacteria(变形菌门)。由于环境中微生物多样性较高,仍有大量的细菌没有被测序和发现。(4)系统中全部厌氧氨氧化菌均来自于浮霉菌门,且随盐度升高,海洋厌氧氨氧化菌逐渐成为优势菌群。厌氧氨氧化菌大部分更适应在3%盐度下生长繁殖,尽管厌氧氨氧化菌的丰度有所增长,但它仍不是系统中的优势种。但在这次试验中,我们也看到了利用高盐度促进厌氧氨氧化过程的可能性。
【图文】：

示意图,湿地,示意图,微生物

图１－１人工湿地系统示意图逡逑Ｆｉｇｕｒｅ邋１－１邋Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ邋ｄｉａｇｒａｍ邋ｏｆ邋ｔｈｅ邋ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｅｄ邋ｗｅｔｌａｎｄｓ邋ｓｙｓｔｅｍ逡逑如图１－１所示，人工湿地中三个最主要的组成部分分别是基质，植物和逡逑微生物。基质不仅可以为湿地植物提供支撑及其生存所必需的营养物质，为逡逑微生物提供附着处，还可以为离子和其他化合物提供沉积的场所［３７，３８］，其对逡逑污染物的去除过程主要来自离子交换、专性与非专性吸附、螯合作用、沉降逡逑反应等［３９］。植物在人工湿地中起到的作用有：吸收废水中的营养物质，降低逡逑水流速度从而增加大颗粒污染物的沉降率，防止在垂直流系统中发生基质堵逡逑塞，为微生物提供栖息地，根系分泌氧气和有机化合物为微生物提供氧气和逡逑碳源［４Ｑ，４１］。Ｈｅｎｒｙ等将人工合成的根系分泌物加入土壤微观系统中以模拟根逡逑际效应，结果显示一定浓度的人工合成根际分泌物可以促进硝酸盐的还原或逡逑反硝化活性￥］。逡逑在人工湿地对于营养盐和有机污染物的去除和矿化过程中

设计图,系统装置,设计图,出水口

２．１实验装置逡逑实验装置设置在山东省济南市山东大学中心校区环境研宄院中的阳光逡逑棚内，装置设计图见图２－１，装置采用直径为２０邋ｃｍ、高度为１００邋ｃｍ的有机逡逑玻璃柱，在装置的一侧均勾设置四个出水口，每两个出水口之间间隔２０邋ｃｍ。逡逑基质总深度为８０邋ｃｍ，从装置底部向上１５邋ｃｍ设置为支撑层，，并用碌石填充；逡逑支撑层以上为处理层，填满直径为２邋ｍｍ的砂子，为了防止出水口堵塞，在逡逑每个出水口处填放若干砾石。我们将出水管的中部固定在与基质表面平齐处，逡逑从而利用Ｕ型管的原理来保证小试系统为连续流。系统的水力负荷为０．１１ｍ３／逡逑（ｍ２ｘｄ），水力停留时间为３天。将盐地碱蓬的种子均匀地埋在基质表层，埋逡逑深为０．５邋ｃｍ。装置按照盐度不同分为四个组，盐度分别为０％、２％、３％和４％。逡逑ＦｆＷｌ邋ＴＴ逡逑Ｉ逦．…芯．．．．逦0逦逦逡逑４＾逦ｊ逡逑［逦３ｉ逡逑砂子逦逦逦逦＝３邋＿一逡逑了逦ｒ逦－逡逑ｓ逦２逦１丨逡逑Ｉ逦一：－逡逑！逦0邋！逡逑ｉ逡逑５逡逑，一二
【学位授予单位】：山东大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：X714

【参考文献】