【摘要】：人工濕地是一種生態(tài)處理技術(shù),具有投資成本低,便于維護(hù)管理,適用于多種廢水的處理等優(yōu)點(diǎn),目前在全世界范圍廣泛的應(yīng)用,但是傳統(tǒng)濕地在處理低C/N廢水時(shí)脫氮除磷效果差。本研究構(gòu)建了生物炭聯(lián)合電化學(xué)強(qiáng)化的人工濕地系統(tǒng),首先考察了生物炭以及電化學(xué)脫氮除磷的效果,隨后考察了不同HRT、電流密度以及C/N對生物炭-電化學(xué)強(qiáng)化的人工濕地系統(tǒng)的影響,同時(shí)分析了系統(tǒng)植物的生長生理指標(biāo)以及基質(zhì)微生物的活性和反硝化強(qiáng)度,通過高通量測序、FITR以及XPS等深入解析了系統(tǒng)脫氮除磷的機(jī)制。構(gòu)建了生物炭以及電化學(xué)強(qiáng)化的四個(gè)人工濕地系統(tǒng),首先考察了生物炭和電化學(xué)強(qiáng)化濕地系統(tǒng)脫氮除磷性能的效能,結(jié)果發(fā)現(xiàn)生物炭強(qiáng)化顯著提高了人工濕地對氨氮、硝態(tài)氮以及總氮的去除效率,但是不利總磷的去除,生物炭對TN去除的貢獻(xiàn)為25.07-33.33%;電化學(xué)強(qiáng)化不利于氨氮的去除,但是電化學(xué)強(qiáng)化顯著提高硝態(tài)氮和總氮的去除效率,電化學(xué)對TN去除的貢獻(xiàn)為27.64-30.16%。生物炭聯(lián)合電化學(xué)強(qiáng)化濕地系統(tǒng)(E-BFCW)出水總氮的滿足地表IV類水的水質(zhì)要求(HRT=12 h),出水總磷的濃度都滿足地表III類水的水質(zhì)要求。電流密度以及HRT都影響E-BFCW的脫氮效率,電流密度為0.0531mA/cm~2,TN的去除效率最高,HRT與TN的去除率呈現(xiàn)顯著的正相關(guān),對TP的去除沒有顯著影響。C/N直接影響硝態(tài)氮的去除效率,C/N低導(dǎo)致亞硝態(tài)氮大量累積。四個(gè)濕地系統(tǒng)植物的生長以及生理指標(biāo)存在差異,生物炭和電化學(xué)都影響著植物的生長,電化學(xué)強(qiáng)化系統(tǒng)植物體內(nèi)的酶活性會略微升高,生物炭的添加可以緩和電化學(xué)的不利影響,MDA含量說明電化學(xué)不會損害植物細(xì)胞的細(xì)胞膜。生物炭和電化學(xué)都增強(qiáng)了基質(zhì)微生物的活性,四個(gè)濕地系統(tǒng)上部的硝化強(qiáng)度都比較低,生物炭與電化學(xué)強(qiáng)化都提高了基質(zhì)微生物的反硝化強(qiáng)度。微生物群落結(jié)構(gòu)主要受電化學(xué)的影響,基質(zhì)層的深度也影響著微生物群落結(jié)構(gòu)�；谖⑸锶郝浣Y(jié)構(gòu)以及電化學(xué)表征等手段深入解析了系統(tǒng)脫氮除磷機(jī)制,結(jié)果表明生物炭以及電化學(xué)作用都增加了反硝化菌屬的豐度,電化學(xué)強(qiáng)化系統(tǒng)陰極區(qū)域富集了幾種脫氮功能的微生物菌屬:Hydrogenophag,Simplicispira,Rubrivivax,Proteiniclasticum和Thauera。其中Hydrogenophag為優(yōu)勢菌屬,是一種基于氫氣的自養(yǎng)反硝化細(xì)菌菌屬。強(qiáng)化系統(tǒng)可能存在多種脫氮途徑:異養(yǎng)反硝化、H_2自養(yǎng)反硝化、Fe~(2+)自養(yǎng)反硝化、厭氧氨氧化等。FTIR分析可知生物炭中的P=O鍵的含量明顯增加,鐵離子與生物炭形成絡(luò)合結(jié)構(gòu),有利于磷酸鹽的吸附。XPS的結(jié)果顯示Fe_3(PO_4)_2的沉淀和FeOOH的吸附作用是陽極區(qū)域磷去除主要的原因。
【圖文】：

哈爾濱工業(yè)大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文為 NH3，然后釋放到空氣中[35]�；|(zhì)的吸附存在吸附較好，后期吸附性能減弱。普通濕地基質(zhì)礫石吸附性除所占的比例小。人工濕地氮去除微生物占主導(dǎo)，氨細(xì)菌的作用下轉(zhuǎn)化為 NH4+-N。NH4+-N 在 AMO（氨單加還原酶）和 NXR（亞硝酸鹽氧化還原酶）的作用下2--N 和 NO3--N。反硝化是人工濕地脫氮的重要過程，N硝酸還原酶）催化還原為 NO2--N，然后，在 NIR（亞硝亞硝酸鹽轉(zhuǎn)化為一氧化氮，在 NOR（一氧化氮還原酶酶）的作用下進(jìn)一步還原為一氧化氮和一氧化二氮[36]境或硝酸鹽有限條件下，常會出現(xiàn)異化硝酸鹽還原包為 NH4+-N[32]。

通過文獻(xiàn)調(diào)研，，生物炭以及電化學(xué)作用都可以用來處理氮磷污染物，本研究中將生物炭以及電化學(xué)應(yīng)用到人工濕地中，首先考察了電化學(xué)以及生物炭單獨(dú)強(qiáng)化下人工濕地脫氮除磷的效果，之后與電化學(xué)和生物炭耦合系統(tǒng)進(jìn)行對比，考察了二者耦合后對氮磷的去除效果，同時(shí)分析了電流密度（0.0265 mA/cm2、0.053mA/cm2、0.0796 mA/cm2）、HRT（12 h，8 h，6 h）以及 C/N（3:1，1:1，0:1）對生物炭-電化學(xué)強(qiáng)化人工濕地系統(tǒng)污染物去除的影響。（2）生物炭-電化學(xué)人工濕地脫氮除磷的機(jī)制分析。實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，分析了生物炭以電化學(xué)對濕地植物生長以及生理指標(biāo)的影響，同時(shí)也分析了基質(zhì)微生物的活性以及硝化反硝化強(qiáng)度。從植物、基質(zhì)、電化學(xué)、微生物角度入手，通過高通量測序分析系統(tǒng)微生物多樣性以及主要群落，進(jìn)而探討生物炭-電化學(xué)強(qiáng)化人工濕地系統(tǒng)脫氮的主要機(jī)制；通過批次實(shí)驗(yàn)來驗(yàn)證濕地系統(tǒng)可能存在的脫氮途徑以及基質(zhì)對磷的吸附性能。用 FITR、XPS 等對陽極附近生物炭進(jìn)行分析，解釋系統(tǒng)磷去除的主要機(jī)理。1.5.4 技術(shù)路線本論文技術(shù)路線圖如圖 1-2 所示。
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：X703

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本文編號：2610670