基于不同电子供体反硝化技术处理硝酸盐污染水研究

发布时间：2020-11-17 22:50

　　 由于人类长期重视经济发展而忽视环境保护,硝酸盐(NO_3~-)已经成为生态系统中主要的污染物。水体中NO_3~-浓度升高会对人体和动物健康造成威胁。本研究在前人对微生物反硝化技术研究的基础上,针对不同NO_3~-污染水,遴选反硝化电子供体,构建反硝化反应器与处理工艺,为NO_3~-污染水的修复提供理论基础及技术支撑。通过批实验对比研究农林废弃物(淘米水(RWD)、秸秆、杨树叶和锯末)作为反硝化碳源去除地下水中NO_3~-的性能,发现RWD具有较高的NO_3~-降解速率。在以RWD为基质的反硝化性能研究中,证明了RWD既可作为反硝化碳源又可作为菌源,且以RWD为菌源的系统中微生物群落结构及溶解性有机质的化学成分简单。接种活性污泥中的优势菌属为Thiobacillus、Anaerolineaceae和Methylophilaceae,投加RWD后的优势菌属变为Ideonella、Cloacibacterium和Enterobacter,而在RWD为反硝化碳源和菌源的系统中,Stenotrophomonas和Enterobacter为优势菌属。以沸石为填充介质构建的上流式反应器可同步处理受NO_3~-污染地下水和RWD废水,RWD/地下水=1/5.5(v/v)时,接种和未接种活性污泥的反应器均能有效去除NO_3~-和TOC,NO_3~-去除率95%,RWD中TOC浓度下降80%以上。针对模拟海洋循环水产养殖系统(RAS)水(盐度15 ppt)的批实验研究发现,以甲醇为基质的反硝化速率最高,依此为鱼类废弃物、S~0、桉树覆盖物和桉树覆盖物与S~0的混合物。同时,发现木材品种影响反硝化速率,松树具有较高的反硝化速率,其次是橡树和桉树;木材与S~0基质协同反硝化,相较于单独硫自养和木块异养反硝化工艺,具有较高的反硝化速率,且SO_4~(2-)的生成和COD的释放量较少,可避免二次污染。以S~0和牡蛎壳为介质构建的间歇式浸没反硝化反应器(IOSDR),可用于海洋RAS水中NO_3~-的去除,具有反硝化率高、有机碳剩余和生物质产量少等优势,不同HRT下的反硝化速率为84-942 g N/(m~3·d),并随HRT降低而升高;当HRT为12 h时,海洋RAS能有效地控制鱼池中TSS、TAN、NO_2~-、NO_3~-和S~(2-)浓度在鱼类健康范围之内。通过氮质量守恒估算得知,此RAS中鱼同化7%的氮,取样流失1%,固体去除26%,被动反硝化去除6%,而IOSDR去除60%。为了减少海洋RAS鱼池中SO_4~(2-)积累,开发了木块与S~0协同反硝化(WSHAD)和IOSDR的组合工艺(WS-DR)处理海洋RAS水。WS-DR具有反硝化效率高和SO_4~(2-)产量低等优势,在HRT=12 h时,NO_3~-去除率为90.3%±4.3%,反硝化速率为102.6±8.5 g N/(m~3·d),RAS鱼池中NO_3~-浓度维持在56.8±2.7 mg NO_3~--N/L,SO_4~(2-)产量(4.25±2.35 mg SO_4~(2-)/mg NO_3~--N)低于硫自养反硝化理论产值(7.54 mg SO_4~(2-)/mg NO_3~--N),鱼池中未发现明显的SO_4~(2-)积累。在WS-DR系统中,运行初期木块释放较多的有机质,异养反硝化占主导(50%),而在运行后期有机质释放不足,硫自养反硝化占主导(80%)。木块有机质的释放符合一级动力学,溶解性COD和易生物降解COD释放衰减速率常数分别为0.271和0.403 d~(-1)。本研究证明了RWD作为碳源和菌源处理NO_3~-污染地下水的有效性,以及S~0或木质材料与S~0构建的IOSDR可维持海洋RAS水质在鱼类健康范围之内,为处理不同类型NO_3~-污染水(淡水及盐水)提供了一条新途径。
【学位单位】：中国地质大学(北京)
【学位级别】：博士
【学位年份】：2019
【中图分类】：X703
【部分图文】：

图 2-1 RWD、秸秆、杨树叶和锯末浸出实验中 COD 浓度变化e 2-1 Changes in COD concentration in RWD, maize stalks, poplar leaves and leaching experiment同碳源材料的反硝化性能

同时 RWD 本身也能得到一定程度的处理。图2-2 不同碳源反硝化性能实验中NO3-、NO2-、 NH4+、COD浓度和pH的变化Figure 2-2 Changes in concentrations of NO3-、NO2-、 NH4+、COD and pH when using RWD,maize stalks, poplar leaves, and sawdust as carbon sources

2.3.3.3 COD和 pH的变化随着反硝化过程的进行，反应器中COD也随时间不断变化。图2-3d展示了在前 1.5 d，各比例的反硝化反应器中 COD 下降剧烈，表明 RWD 中的有机物能够快速被微生物利用。1.5d之后，10/390和20/380的反应器中，COD浓度约15mg/L，而比例为 50/350 的反应器中 COD 浓度低于 60 mg/L，表明在此些比例下，微生物几乎能够完全利用反应器中的有机物。但是当比例为 100/300 和 200/200时，COD 浓度分别为 250 和 500 mg/L左右

本文编号：2888011