基于固相碳源的多级土壤渗滤系统脱氮特性及工程化应用研究

发布时间：2018-10-31 09:28

【摘要】：低有机污染水的营养盐(氮、磷)的污染控制是我国目前地表水环境(湖泊、河流)富营养化控制亟待解决的技术层面的突出问题。论文研究以低C/N比水质特征的重点湖泊流域受污染入湖河水、城市污水处理厂排放尾水等为研究对象,研发适宜的可生物降解的固相碳源,开展基于固相碳源的多级土壤渗滤系统(MSL)的脱氮特性研究及其工程化应用,并利用高通量测序、定量PCR等分子生物学技术解析工艺单元生物膜上微生物的群落结构及多样性。研究成果为建立我国削减湖泊营养盐(氮、磷)污染控制的技术体系提供重要的支撑,具有重要的理论意义与实用价值。论文研究取得了以下主要结论：(1)以PBS(poly(butlenesuccinata),聚丁二酸丁二醇酯1、PCL(polycaprolactone,聚己内酯1、PHBV(poly-3-hydroxybutyrate-co-3-hydroxyvalerate,聚3-羟基丁酸戊酸酯1、PLA(polylactic acid,聚乳酸)为对照,对研发的3种共混固相碳源GC-I、GC-2和GC-3的脱氮性能研究结果表明,GC-1、GC-2和GC-3均具有良好的脱氮性能,平均反硝化速率分别为0.031、0.023和0.018 mgNO3--N/(g·h);在碳源填充床反应器空床水力停留时间(HRT)为1 h、进水硝酸盐氮浓度为15 mg/L左右、水温20-25℃稳定运行情况下,对N03-N的平均去除率分别达到了98.13%、92.75%和93.36%；通过组分共混能够适当改善脱氮性能,同时降低碳源材料成本,综合评价GC-3具有良好脱氮性能与碳缓释性能,具有实际应用价值。(2)与传统的木屑碳源相比较,基于GC-3固相碳源强化脱氮的MSL系统(Multi soil layering system,多级土壤渗滤系统),在表面水力负荷为0.6 m3/(m2.d)、气水比为(3-8)：1条件下对受污染河水的CODCr、TN和TP平均去除率分别为78.16%、89.68%和93.04%,脱氮效率提高了14.49%；在表面水力负荷为1.0 m3/(m2·d)、气水比为(3-8)：1、水温15℃以上条件下对某小区中水处理站尾水的CODCr、TN、氨氮和TP平均去除率分别为53.70%、85.21%、93.84%、47.39%,TN去除效率提高了14.56%。GC-3碳源引入MSL系统均未出现过度释碳造成的出水二次污染现象。(3)基于GC-3固相碳源强化脱氮的MSL系统处理受污染的入湖河流的工程化应用,达到了深度脱氮除磷改善水质的目标,对NH4+-N、TN、TP和CODcr的平均去除率分别达到了84.37%、87.55%、51.44%和35.99%,主要水质指标接近《地表水环境质量标准GB3838-2002》Ⅳ类标准,同时还具有景观美化的生态功能。可以为湖泊流域受污染入湖河流、污水处理厂尾水深度脱氮除磷提供技术支撑。(4)通过定量PCR技术和高通量测序技术对MSL系统中的微生物群落丰度、结构及多样性进行了解析,定量PCR结果表明,BAF系统(Biological aerated filter system,曝气生物滤池系统1中amoA基因丰度最高,缺氧段MSL系统中ML层(土壤层1nirS和nirK基因丰度较高,且工艺4(固相碳源)高于工艺3(木屑)。变形菌门(Proteobacteria)是两套工艺所有MSL系统中最为优势的微生物门类,在BAF系统中优势硝化细菌类型为亚硝化单胞菌属(Nitrosomonas)和硝化螺菌属(Nitrospira);添加木屑与添加固相碳源的缺氧段MSL系统中的ML层优势反硝化菌属存在明显差异,前者PL层(渗滤层)和ML层优势反硝化细菌属为假单胞菌属(Pseudomonas)、脱氯单胞菌属(Dechloromonas)和芽孢杆菌属(Bacillus)等,而后者PL层和ML层优势反硝化菌属均为食酸菌属(Acidovorax)和脱氯单胞菌属(Dechloromonas)等,使工艺的强化脱氮效果更为明显。
[Abstract]:......
【学位授予单位】：中国地质大学(北京)
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：X52;X703

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本文编号：2301668