铁碳微电解耦合苦草净化河道黑臭水的研究

发布时间：2020-10-13 11:06

　　由于工农业的快速粗放式发展以及污水收集处理率的滞后,以致我国城市河道黑臭现象频发,黑臭水的长期存在严重破坏水生态系统平衡,危害人体健康,也阻碍了工农业的可持续发展。黑臭水的治理成为亟待解决的问题。通过近年来的黑臭水治理实践,生物-生态方法被普遍认可,其中苦草因具有耐污耐碱,净水效果好等特点被广泛应用于污水治理;此外,铁碳微电解结合生物处理技术较好地应用于污水处理受到关注,铁碳微电解可通过氧化还原降解COD,提高污水可生化性,吸附、絮凝及共沉淀除磷和有机物,加速电子传质,提供电子供体等作用促进微生物脱氮。为此,本研究构建了铁碳微电解耦合苦草技术体系,用于净化河道黑臭水,开展室内模拟实验研究,以期为铁碳微电解耦合苦草快速高效净化河道黑臭水提供理论依据和技术支撑。采用控制变量法开展单因素模拟实验,探究了铁碳填料用量、苦草密度对黑臭水净化效果的影响,确定了最佳组合耦合体系的净化性能,对铁碳组、苦草组和铁碳与苦草耦合组净化黑臭水的效果进行对比研究,分析耦合体系各组分对脱氮除磷去碳的贡献。讨论了主要污染物的降解动力学,结合铁碳微电解反应原理、植物生长情况及基质生物膜、微生物群落演变信息,阐明铁碳微电解耦合苦草的协同作用机理。结果显示:植株密度88~148株/m~2、铁碳填料用量8~16 g/L为宜。运行20 d后,两组实验的净水效果均随铁碳填料用量和苦草密度的增加先上升后下降。铁碳用量和苦草密度对TN的去除差异性显著,说明适宜的铁碳用量和苦草密度有利于促进微生物脱氮。在最佳的铁碳用量和苦草密度组合下,耦合组对黑臭水的净化效果显著优于单一的铁碳填料组和苦草组,处理6 d后,耦合组黑臭快速消除,透明度迅速提升至30 cm(装置已见底),DO、ORP快速升高达到3.42±0.17 mg/L和125±6 mv,NH_4~+-N为10.45±0.67 mg/L。20 d后,对COD、NH_4~+-N、TN和TP的去除率分别为85.7%、94.2%、82.9%和96.1%,分别稳定于13.68±1.81 mg/L、1.41±0.75 mg/L、5.02±0.28 mg/L和0.21±0.05 mg/L,COD、NH_4~+-N、TP达到地表Ⅳ类水标准。耦合组对COD降解、TP去除均符合表观二级动力学方程,TN去除符合表观一级动力学方程。耦合组处理黑臭水体20 d后,微生物丰度和多样性有了显著提高,耦合体系水样及根系优势菌门是Proteobacteria、Bacteroidetes、Actinobacteria和Firmicutes,优势菌属为Sediminibacterium、Acidovorax、Flavobacterium、Mycobacterium、Pseudomonas和Candidatus Nitrotoga。耦合体系中与有机质降解、脱氮除磷等过程相关的微生物群落相对丰度呈增加趋势。苦草和铁碳填料能促进微生物群落演替,铁碳填料能影响微生物群落分布。耦合体系对黑臭水的协同净化作用包括:铁碳微电解电极产物氧化还原降解COD,阳极Fe~(3+)生成FePO_4沉淀,[H]和Fe~(2+)为自养反硝化提供电子供体;陶粒吸附氮、磷、有机物,苦草光合产氧及根际泌氧促进陶粒生物膜和根际微生物降解有机物和硝化反硝化脱氮。
【学位单位】：华南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：X52
【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章绪论
    1.1 黑臭河道污染现状及治理方法
        1.1.1 河道黑臭的成因及危害
        1.1.2 黑臭水体的治理方法及存在的主要问题
    1.2 以沉水植物为主体的生态净化技术的研究进展
        1.2.1 沉水植物净化污染水体的机理
        1.2.2 沉水植物净化污染水体的研究现状
        1.2.3 以沉水植物为主体的生态净化技术的研究现状
    1.3 铁碳微电解净化污染水体的研究进展
        1.3.1 铁碳微电解净化污染水体的作用原理
        1.3.2 铁碳微电解净化污染水体的研究现状
    1.4 研究目的及内容
        1.4.1 研究目的
        1.4.2 主要研究内容
        1.4.3 研究技术路线
        1.4.4 课题来源
第二章材料与方法
    2.1 试剂和仪器设备
        2.1.1 试剂
        2.1.2 仪器设备
    2.2 实验材料
        2.2.1 供试水样及水质
        2.2.2 铁碳填料、苦草、陶粒
    2.3 实验方法
        2.3.1 实验装置及操作方法
        2.3.2 单因素实验方法
        2.3.3 对比研究实验方法
    2.4 分析方法
        2.4.1 水质指标及测试方法
        2.4.2 陶粒生物膜SEM样品制备方法
        2.4.3 微生物多样性分析方法
        2.4.4 数据处理方法
第三章耦合体系净化黑臭水体的主要影响因素
    3.1 铁碳用量的影响
        3.1.1 对理化指标的影响
        3.1.2 对COD去除的影响
        3.1.3 对TP去除的影响
        3.1.4 对氮素去除的影响
    3.2 苦草密度的影响
        3.2.1 对理化指标的影响
        3.2.2 对COD去除的影响
        3.2.3 对TP去除的影响
        3.2.4 对氮素去除的影响
    3.3 本章小结
第四章耦合体系净化黑臭水体的作用机理
    4.1 铁碳微电解、苦草、耦合组净化效果的比较
        4.1.1 理化指标的变化
        4.1.2 COD降解效果
        4.1.3 TP去除效果
        4.1.4 氮素去除效果
    4.2 铁碳微电解促进自养反硝化脱氮的机制
    4.3 COD、TN及 TP的表观降解动力学
    4.4 苦草生长指标的变化
    4.5 陶粒生物膜电镜观察
    4.6 微生物的群落演变
        4.6.1 微生物群落丰富度和多样性分析
        4.6.2 微生物群落结构变化
    4.7 铁碳微电解耦合苦草净化水质的协同作用机理
        4.7.1 各组分的作用机理
        4.7.2 耦合体系协同作用机理
    4.8 铁碳微电解耦合苦草体系净化黑臭水的调控策略
    4.9 本章小结
结论与展望
    结论
    展望
参考文献
攻读硕士学位期间取得的研究成果
致谢
附件

【参考文献】

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