铁-碳酸钙对复合人工湿地生物化学调控研究

发布时间：2018-03-25 12:43

本文选题：人工湿地　切入点：铁　出处：《东华大学》2017年博士论文

【摘要】：复合人工湿地是一种具有改善氮磷污染物去除效果的生态水处理系统。复合人工湿地存在多种氮磷去除机理,脱氮主要依赖于硝化-反硝化机制,除磷主要依赖于吸附和生物除磷。铁-碳酸钙的投入对系统的物理、化学及生物机制的发挥存在影响。复合人工湿地污染物去除能力的发挥依赖于系统中碳含量和氧含量。为了进一步提高复合人工湿地净水效果,改善系统内碳含量和氧含量供给水平是十分有必要的。本研究在对藻菌共生系统进行探讨的前提下设计一种新型藻塘-人工湿地复合系统,确定新型复合系统水质净化效果与运行机制。使用铁-碳酸钙投放于复合人工湿地系统内,确定其作为生长调节剂对复合人工湿地系统水质净化效果影响及生物化学调控机理。针对磷源、不同氮磷比及不同环境条件下,研究复合人工湿地系统效果改善情况,及生长调节剂投放对水质净化效果影响及生物化学调控。得到如下结果:(1)确定藻菌共生系统内最佳的生长调节剂量(10000 nmol/L Fe3+、5000 nmol/L铁粉和0.2 mg/L碳酸钙粉末)并通过微生物数量、种类及活性的分析对其进行验证。系统内总氮、总磷及BOD5的去除率分别可达99.98%,77.71%和91%。且加铁量可维持装置持续运行20天。铁与碳酸钙均对藻类的生长有促进作用。外加碳酸钙粉末在水解后产生了部分HCO3-,被藻类优先吸收,提高装置内藻类的生物量。铁作为微量元素进行补充,克服水体内铁缺乏的短板,提高装置内藻的生物量。(2)将新设计藻塘-人工湿地复合系统在不同季节条件下,使用低碳氮比污水运行装置,验证其水质净化效果,并探讨其脱氮除磷机理。研究表明装置全年运行均保持较高的水质净化效果,系统的净水效果明显改善依赖于藻塘和人工湿地的联合作用,藻类不仅吸收氮、磷等污染物同时藻类释放氧气、死亡的藻类作为微生物可利用绿色碳源缓解人工湿地由于碳、氧不足而造成的净水效果难提高的问题。(3)使用藻塘-人工湿地复合系统,在不同季节不同温度不同初始加铁剂量情况下,确定碳源补充及变化情况。浅水藻池-人工湿地复合水处理装置为最佳藻塘-人工湿地复合装置,最佳初始加铁量为(1)所述的10倍加铁量(5.6 mg/L Fe3+,2.8 mg/L铁粉and 0.2 mg/L Ca CO3粉末)。使用浅水藻池-人工湿地复合系统对低碳氮比污水进行水质净化,并设定不同初始加铁剂量,了解装置内铁的变化情况。可知碳源在整个系统中处于动态变化,但夏季时COD浓度最高可增加30 mg/L,且在经过1天的水处理后,TN可全部去除。通过对微生物群落遗传多样性高通量测序结果分析可知,死亡藻类作为微生物可利用绿色碳源更有利于生态水处理装置反硝化作用的发挥。(4)研究了藻塘-人工湿地复合系统中,对氮、磷等污染物去除效果影响明显因素,并对这些因素所引起的生物、化学调控机制所产生的变化进行讨论,从而确定最佳运行条件。最佳的磷去除条件:使用藻塘-人工湿地复合水处理系统,进水初始磷源为PO43-,进水氮磷比为30,HRT为3天,磷去除率可达69.74%,同时保持氮去除可达92.85%。(5)不同类型藻塘-人工湿地复合系统在不同加铁剂量情况下,针对不同氮磷比、不同初始磷源、不同环境条件下的水质净化效果进行研究,以确定最佳复合系统及最佳铁-碳酸钙生长调节剂投放量,确定最佳进水条件、水质改善情况及铁利用连续性。浅水藻池-人工湿地复合水处理系统为最适宜低碳氮比污水装置。其最佳进水条件为:N/P比为30,进水初始磷源为正磷酸盐、铁加入量为(1)所述10倍(5.6mg/L Fe3+,2.8 mg/L铁粉and 0.2 mg/L Ca CO3粉末)。使用浅水藻池型藻塘-人工湿地复合系统并采用间歇式进水作业,模拟污水为N/P比为30,进水初始磷源为正磷酸盐,铁加入量为10倍(5.6 mg/L Fe3+,2.8 mg/L铁粉and 0.2 mg/L Ca CO3粉末)。经过一次加入生长调剂剂后系统可维持5个水质净化周期,第五周期水质TN和TP去除率仍能保持在80.6%和57.3%,出水总铁浓度为0.042 mg/L。综上,本论文系统研究了藻塘内藻类生长和运行的机制;设计了一种新型的藻塘-人工湿地复合生态水质净化系统;揭示了复合系统中铁-碳转化机理以及与之相关的氮去除机制和磷迁移转化规律;并确定了铁-碳酸钙作为生长调节剂对复合系统中氮去除和磷迁移转化规律的影响。
[Abstract]:......
【学位授予单位】：东华大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：X703

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