颗粒生物炭人工湿地对二级出水氮磷去除研究

发布时间：2020-09-27 15:33

　　随着我国城市污水处理厂的不断增加,二级出水氮磷已成为水体富营养化的重要污染源之一。因此,需要对二级出水氮磷进一步去除。人工湿地作为经济、生态处理工艺而广受欢迎,但依旧存在氮磷(尤其是氮)去除效率不高的问题。本论文为了提高人工湿地的脱氮除磷效率,研究了颗粒生物炭人工湿地对二级出水氮磷的去除效果及机理。主要研究内容为:颗粒生物炭表征及氮磷释放实验;颗粒生物炭人工湿地对氨氮为主的二级出水氮磷去除效果及机理;颗粒生物炭人工湿地对硝态氮为主的二级出水氮磷去除效果及机理。主要研究结果如下:(1)粘结剂添加和干燥处理并未减少小麦生物炭的比表面积,在本研究中颗粒生物炭的比表面积为22.18m2/g是粉末生物炭的4.11倍。颗粒生物炭含有丰富的C元素(含量60%以上)和部分有机物,能缓慢释放COD,释放量是粉末生物炭(14.83mg/g)的1.64倍,具有作为反硝化碳源的潜力。但也有极少量的NH4+-N(0.03mg/g)和一定量NO3--N(1.05mg/g)、TP(1.01mg/g)释放。(2)颗粒生物炭人工湿地(GB)对以氨氮为主的二级出水中TN、NH4+-N的去除率为78.61%、93.03%,无颗粒生物炭人工湿地(CK2)对TN、NH4+-N去除率为60.60%、85.12%,无颗粒生物炭和植物系统(CK1)对TN、NH4+-N去除率为13.12%、52.11%。GB的脱氮效果最好,出水NO3--N浓度最低,为1.69mg/L。GB的出水TP浓度波动较大,伴有磷释放现象,但后期对TP的去除效果最好(90.01%)。颗粒生物炭促进了芦苇生长,芦苇的株高和生物量较未添加颗粒生物炭的人工湿地分别增加了7.17cm和0.29g/株。颗粒生物炭显著增加了人工湿地芦苇根系分泌的有机酸量,较未添加颗粒生物炭的人工湿地芦苇根系分泌有机酸增加了1.84倍。此外,颗粒生物炭增加了反硝化微生物的多样性,维持多种反硝化菌(Exiguobacterium、Bacillus、Pseudomonas、Rhodobacer、Steroidobacter)的存在。(3)初次启动阶段,颗粒生物炭人工湿地(GB)对以NO3--N为主二级出水中TN、NO3--N、TP的去除率为82.19%、95.38%、87.92%,颗粒秸秆人工湿地(GS)对TN、NO3--N、TP去除率为60.27%、72.60%、76.52%,无碳源人工湿地(CK)对TN、NO3--N、TP去除率为48.66%、56.08%、62.71%。GB和GS的脱氮除磷效果优于CK,GB的效果最好。表明外加碳源可以改善人工湿地的氮磷去除效率,颗粒生物炭比颗粒秸秆更适合用于人工湿地净化二级出水氮磷。颗粒生物炭能够在湿地中长期发挥作用,再次启动阶段的GB仍然能保持较高的94.88%TN、99.84%NO3--N、90.51%TP去除率。颗粒生物炭促进芦苇根系分泌物的释放,分泌的有机酸量是颗粒秸秆人工湿地芦苇根系分泌有机酸量的4.10倍。颗粒生物炭增加湿地微生物群落的多样性和反硝化菌(Gemmatimonas,Longilinea)的丰度。综上所述,颗粒生物炭是很好的反硝化碳源,可以提高人工湿地净化二级出水氮磷的效率。它的应用可以很好的减缓水体富营养化和秸秆资源化利用率低等问题。
【学位单位】：中国矿业大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：X703
【部分图文】：

实验装置图,二级出水,生物炭

图 2-1 实验装置图Figure2-1 Experimental device diagram处理厂二级出水，进水浓度依照出水排放标准下污水中的氮多以氨氮形式存在，因此实验选择自来水配制而成，包含 50 mg/L 蔗糖，57.2），6.59 mg/L KH2PO4（1.5mg/L，以 P 计），110 mg/LCaC12。该人工湿地采用间歇进水，进水炭人工湿地对硝态氮为主的二级出水氮磷生物炭在不同时期对人工湿地二级出水（氮以验分为两个启动阶段进行。的碳源（颗粒秸秆和颗粒生物炭），来比较分析研究人工湿地氮磷去除机理。

实验装置图

图 2-2 实验装置图Figure2-2 Experimental device diagram阶段索颗粒生物炭和秸秆颗粒在人工湿地中长期运用的可能性，启动人工湿地，并对各装置人工湿地进行预培养，待系统稳定的进水方式、水力负荷和水质指标的选择与初次启动阶段保在实验过程中发生损坏，实验数据的真实性受到影响，因此的数据进行比较分析。待实验结束后，测量芦苇的株高和生物根系分泌物和湿地微生物群落结构进行分析。方法(Test Methods)标检测方法试指标为：COD、TN、NH4+-N、NO3--N、NO2--N、TP、PO4法中重铬酸钾法、碱性过硫酸钾消解-紫外分光光度法、纳什紫外分光光度法、N-（1-萘基）-乙二胺分光光度法、过硫酸光度法、钼酸铵分光光度法进行测定。

能谱分析,生物炭

3 颗粒生物炭表征和释放实验3.1.2 颗粒生物炭 SEM-EDS 能谱分析表 3-2 生物炭元素组成Table 3-2 The elemental composition of biochar样品 C O Al Si Cl Mg K Ca Fe Cu粉末生物炭69.38% 26.09% - 0.32% 0.96% - 2.62% 0.48% - 0.15%颗粒生物炭63.49% 22.75% 0.62% 4.17% 1.78% 0.60% 4.4% 1.78% - -

【参考文献】