河道复合生态系统对低污染水的处理效果研究

发布时间：2020-04-19 06:07

【摘要】：随着环保意识的提高、污水处理设施的建设,源源不断的低污染水进入景观水体,或多或少会对景观水体的水质水生态产生一定影响。现有的低污染水处理技术各有优劣,如何能够经济有效地处理大量低污染水,是提升河道水质的重要一环。在此背景下,本文拟以河道生态系统为载体,对基质与水生植物进行生态耦合,开发一种原位修复技术——河道复合生态系统,该系统既可满足低污染水的处理要求,又可减少甚至不占用额外土地,节约经济成本。本文并以该系统为研究对象,通过小试实验分析其动态运行情况并进行优化,主要得出以下结论:(1)河道复合生态系统的开发(1)基质比选。通过等温吸附实验和吸附动力学实验对筛选的A、B、C三种基质氮磷吸附能力进行研究。三种基质TN、NH_3-N和TP的等温吸附过程符合Langmuir模型,三种基质中基质A的TN、NH_3-N理论饱和吸附量最大,分别为1.27mg/g、3.04mg/g,但其对TP吸附能力弱于TN、NH_3-N;吸附动力学实验中基质A的TN、NH_3-N和TP去除率分别为22.7%、84.9%、6.2%,远高于其他两种基质,考虑到低污染水治理的主要关注因子是TN,因而选择基质A作为生态耦合的主体之一。(2)水生植物筛选。利用室内静态水培实验对纸莎草、千屈菜、菖蒲、鸢尾、水芹、伞草6种水生植物的脱氮除磷能力进行筛选,实验结果表明在不补充低污染水和景观水的前提下,TN去除能力较强的是菖蒲、鸢尾、千屈菜,去除率在60%以上;千屈菜、纸莎草对水体中NH_3-N去除能力最强,鸢尾和伞草次之,去除率均在85%以上;磷去除能力较强的植物是菖蒲、千屈菜,TP去除率在74%以上,其他植物的TP去除率在70%左右。为达到最佳的处理效果,选择3种脱氮除磷能力较强的植物千屈菜、菖蒲、鸢尾分别与基质A组合构建河道复合生态系统处理工艺。(2)河道复合生态系统的动态运行与优化配置方案分别为基质A+菖蒲(AC)、基质A+千屈菜(AQ)、基质A+鸢尾(AY)的河道复合生态系统处理工艺在试验期间运行良好,试验前期(14~31℃)AC系统有机物去除率最高为64.3%,试验后期(-2~22℃),各系统有机物去除率明显下降,AQ系统相对稳定。在试验前期各系统TN和NH_3-N的去除差异不大,后期AQ系统NH_3-N去除率下降幅度最小,NH_3-N去除率(81d)为80.4%,高于其他两个系统(AC、AY系统:57.5%、49.6%);各系统试验前期TP平均去除率为30.3%,试验后期AQ系统TP去除率降至15.7%,AC、AY分别降至22.9%、26.9%。虽然AQ对TP的去除效果不及AC、AY系统,但AQ系统对有机物、TN和NH_3-N去除较好,且处理效果稳定,对低温环境的适应能力强,考虑低污染水的特点及系统去除效果,建议选择AQ系统作为河道复合生态系统的构建方案。通过微生物集聚技术优化后的AQ系统各污染物去除率均高于未优化AQ系统:COD_(Mn)去除率为65.2%(未优化AQ系统50.9%),TN去除率为32.5%(未优化AQ系统15.2%),TP去除率为54.5%(未优化AQ系统28.0%)。试验后期温度降低(-2~22℃)对优化系统的净化能力产生影响,但此时系统的污染净化能力仍强于未优化系统,试验结束时TN去除率为10.8%(未优化AQ系统-12.1%),TP的去除率为28.0%(未优化AQ系统15.7%)。试验表明在同样条件下,河道复合生态系统通过优化,净化水体的能力进一步提高,对低温环境的适应性变强。河道复合生态系统的构建提高了模拟河道中微生物菌落的丰富度和多样性,系统水体中、植物根系表面Chao1指数分别高出普通模拟河道水体56.6%、54.5%。在河道复合生态系统中检出了普通模拟河道中未检出的具有硝化和反硝化作用的Nitrospira sp.、Nitrosomonas sp.等,证明了河道复合生态系统在处理低污染水方面的优势。总之,在普通模拟河道中使用河道复合生态系统,能够有效削减低污染水进入景观水体后带来的污染,其中AQ方案下的河道复合生态系统更适用于处理低污染水,微生物集聚技术优化后的工艺净化能力进一步提高,对低温环境的适应性更强。在实际应用中可以通过优化参数等手段提高系统对TP的降解。
【图文】：

技术路线图

装置图,河道,装置图

华东师范大学硕士学位论文例为 1:1，设置空白对照组（不放置植物），每三天采集一次水样测定水质指每五天采集一次植物样，测定植物的株高、根系、鲜重和干重。运行期间不补充蒸馏水，减少水分蒸发对实验的干扰。河道复合生态系统动态运行实验1、实验装置本研究自行搭建装置模拟自然河道，模拟河道装置主要由三部分构成包括蓄、控制间、主体装置三部分组成，具体情况见图。参照相关文献及研究，，其参数主要尾水与河水比例为 1:1，水力停留时间为 3 天。
【学位授予单位】：华东师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：X52;X171.4

【参考文献】