人工湿地系统固体碳源强化脱氮特性研究

发布时间：2017-08-10 12:22

  本文关键词：人工湿地系统固体碳源强化脱氮特性研究

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【摘要】：我国农村分散养猪废水经厌氧消化和人工湿地强化硝化区处理后,存在碳氮比较低的问题。为强化对农村分散养猪废水总氮的去除,本论文选取四种常见秸秆(水稻秸秆、小麦秸秆、玉米秸秆和高粱秸秆)为反硝化固体碳源,通过秸秆酶解还原糖量对预处理条件进行优化,并在序批实验中考察预处理对秸秆作为固体碳源时反硝化性能的影响;在此基础上,构建两个并联运行的人工湿地强化反硝化区,对比未预处理水稻秸秆和经氢氧化钙预处理的水稻秸秆处理人工湿地强化硝化区出水的性能,考察了硝氮浓度、水力负荷、低温等工艺参数的影响,分析了特征有机物的去除性能,通过高通量测序技术解析了人工湿地强化反硝化区的微生物群落结构。主要研究结论如下:(1)以水浸泡和氢氧化钙浸泡预处理四种常见秸秆(水稻秸秆、小麦秸秆、玉米秸秆和高粱秸秆),并以秸秆酶解性能对预处理参数进行优化,结果表明碱预处理的秸秆酶解效果较显著,在用氢氧化钙的饱和溶液,温度为30℃情况下,四种秸秆碱预处理最优时间均为3 d,最佳固液比均为1:30。(2)序批实验中以未浸泡、水浸泡和氢氧化钙浸泡四种秸秆作为反硝化固体碳源和生物膜载体,研究反硝化脱氮性能。结果表明四种秸秆系统均在第1天就有明显的脱氮效果,出水硝氮均低于10mg/L,且在运行的15d内,脱氮效果稳定。与未浸泡和水浸泡秸秆的相比,启动后碱浸泡过的秸秆反硝化速率有明显升高。碱浸泡水稻秸秆、小麦秸秆、玉米秸秆和高粱秸秆的反硝化速率分别为0.074mg/(g.h),0.056 mg/(g.h),0.055mg/(g.h),0.077 mg/(g.h)。水稻秸秆序批实验长期运行结果表明反硝化性能随着时间的延长而降低,但碱处理过的秸秆反硝化速率显著高于未浸泡和水浸泡完秸秆反硝化速率。(3)分别在两个平行运行的人工湿地强化反硝化区投加碱浸泡和未浸泡的水稻秸秆,处理人工湿地强化硝化区的出水,结果表明投加碱浸泡水稻秸秆系统的反硝化速率在不同硝酸盐氮浓度和水力负荷下,均明显高于投加水浸泡秸秆系统的。在进水硝氮为150mg/L左右时(水力负荷为120L/d),投加碱浸泡和未浸泡水稻秸秆系统出水的硝氮分别为3.6 mg/L和15.4mg/L,反硝化速率分别为0.1562 kg/(m3·d)和0.1447 kg/(m3·d)。(4)水溶性有机物质(DOM)经两个人工湿地强化反硝化区处理后均显著降低。未浸泡水稻秸秆系统微生物的优势菌主要归属于Bacteroidetes(拟杆菌门)(22.46%)和Proteobacteria(变形菌门)(48.68%),属水平的优势菌主要为Flavobacterium(4.49%))和Hydrogenophaga(6.17%);碱浸泡水稻秸秆系统微生物优势菌主要归属于Bacteroidetes(拟杆菌门)(35.28%)和Proteobacteria(变形菌门)(42.33%),属水平的优势菌主要为Saprospiraceae_uncultured(13.32%)。
【关键词】：分散养猪废水 人工湿地 强化反硝化 固体碳源 预处理
【学位授予单位】：兰州交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：X713
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-10
• 1 绪论10-23
• 1.1 研究背景10
• 1.2 分散养猪废水处理技术10-17
• 1.2.1 源分离工艺11
• 1.2.2 厌氧生物处理工艺11-13
• 1.2.3 生态处理13-17
• 1.3 人工湿地强化反硝化脱氮17-20
• 1.3.1 反硝化的定义以及影响因素17-18
• 1.3.2 人工湿地脱氮外加碳源研究进展18-19
• 1.3.3 纤维素类固体碳源的预处理19-20
• 1.4 研究目的和内容20-23
• 1.4.1 课题来源20
• 1.4.2 研究目的20
• 1.4.3 研究内容20-22
• 1.4.4 技术路线22-23
• 2 秸秆固体碳源氢氧化钙预处理研究23-29
• 2.1 材料与方法23-25
• 2.1.1 实验材料23
• 2.1.2 实验方法23-24
• 2.1.3 分析方法24-25
• 2.2 结果与讨论25-28
• 2.2.1 预处理时间的影响25-27
• 2.2.2 固液比的影响27-28
• 2.3 本章小结28-29
• 3 秸秆作为反硝化固体碳源序批实验研究29-45
• 3.1 实验装置与方法29-30
• 3.1.1 实验材料29
• 3.1.2 实验装置29
• 3.1.3 实验方法29-30
• 3.1.4 分析方法30
• 3.2 结果与讨论30-43
• 3.2.1 启动阶段性能30-38
• 3.2.2 启动后反硝化速率38-41
• 3.2.3 水稻秸秆长期供氮能力41-43
• 3.3 本章小结43-45
• 4 秸秆作为人工湿地固体碳源强化反硝化性能研究45-65
• 4.1 试验装置与方法45-49
• 4.1.1 试验材料45-46
• 4.1.2 试验装置46-48
• 4.1.3 试验方法48-49
• 4.1.4 分析方法49
• 4.2 试验结果与分析49-64
• 4.2.1 接种启动阶段性能49-51
• 4.2.2 硝氮浓度影响51-54
• 4.2.3 水力负荷影响54-56
• 4.2.4 低温影响56-58
• 4.2.5 木质素变化58-59
• 4.2.6 三维荧光59-60
• 4.2.7 秸秆微生物群落结构解析60-64
• 4.3 本章小结64-65
• 5 结论65-67
• 致谢67-68
• 参考文献68-72
• 攻读学位期间的研究成果72

【参考文献】

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本文编号：650718