發(fā)布時間：2020-10-09 23:39

　　 生態(tài)修復(fù)技術(shù)因成本低、管理方便、環(huán)境友好等優(yōu)點而被國內(nèi)外廣泛研究和應(yīng)用。但是隨著我國人口數(shù)量和密度不斷增加使我國人均耕地面積銳減,從一定程度上限制了人工濕地、穩(wěn)定塘等占地面積較大的生態(tài)修復(fù)技術(shù)的應(yīng)用,而生態(tài)浮床因有限的生物量導(dǎo)致生物凈化效果較差。本項目結(jié)合了人工濕地和生態(tài)浮床的優(yōu)點,組建了濕地式稻草基質(zhì)生態(tài)浮床,并應(yīng)用該生態(tài)浮床系統(tǒng)進行脫氮特性研究和機理探討。本論文的創(chuàng)新點主要有三個:(1)將稻草作為植物生長基質(zhì)、生物反硝化碳源和微生物吸附界面,強化植物生長、改善生物反硝化碳源和微生物數(shù)量,強化了水體的脫氮過程;(2)自然選擇條件下,利用微生物將稻草中的纖維素物質(zhì)水解為有機物,強化脫氮過程;(3)利用微生物種群分析、紅外光譜分析、液相色譜分析等表征手段研究了稻草分解的微觀機理。主要從以下幾個方面進行了詳細研究。首先,對稻草秸稈作為生物反硝化碳源的可行性和效果進行了研究,研究內(nèi)容包括:(1)稻草、海藻酸鈉包埋稻末球和海藻酸鈉包埋稻草等3種碳源形式下碳源釋放效果(以CODcr計),并確定稻草為最優(yōu)碳源釋放形式;(2)接種纖維素菌與否、溶解氧、溫度和p H值等環(huán)境因子對稻草內(nèi)碳源釋放速率影響,其中接種纖維素菌與否和溫度對碳源釋放速率影響較大,而溶解氧、p H值對碳源釋放速率影響不大。研究結(jié)果顯示,稻草作為生物反硝化碳源是可行的。其次,利用搖瓶實驗研究了稻草進行生物反硝化效果以及時間、水溫、補充液體碳源等條件對生物反硝化的影響;探討了稻草填充床脫氮效果和特性,稻草填充床脫氮率達到了90%以上;掌握了批式和連續(xù)流條件下,以傳統(tǒng)生態(tài)浮床為對比組,稻草基質(zhì)生態(tài)浮床和空心球基質(zhì)生態(tài)浮床脫氮特性,特性如下:(1)水體交換時間為2天,稻草基質(zhì)生態(tài)浮床對TN,NH4+-N,NO3--N的平均去除率分別為76.94%,93.50%,93.18%,而且發(fā)現(xiàn),稻草基質(zhì)生態(tài)浮床系統(tǒng)中的大型水生植物生長速率、同化吸收效果、干物質(zhì)含量和重要植物生物酶(抗脅迫作用酶和葉綠素)相比于空心球基質(zhì)生態(tài)浮床具有明顯優(yōu)勢,最差的為無基質(zhì)傳統(tǒng)生態(tài)浮床。(2)連續(xù)流條件下(水力停留時間為24h),TN,NH4+-N,NO3--N平均去除率分別為72.21%,88.88%和80.41%。表征了稻草表面微生物SEMs、稻草浸出液成分分析、稻草表面微觀結(jié)構(gòu)變化和稻草基質(zhì)表面微生物種群表征,證實了稻草釋放碳源強化生物脫氮的微觀層面機理。其機理是:稻草表面親水性基團(—OH,—COOH,—NH2)在相關(guān)微生物(Delftia acidovorans SPH-1,Chitinophaga pinensis DSM 2588)水解作用下,釋放出各種易利用的有機物,并在其表面形成不規(guī)則的斷裂結(jié)構(gòu)。最后,構(gòu)建了稻草基質(zhì)中COD釋放效果、不同基質(zhì)生態(tài)浮床脫氮特性和水生植物生長情況等動力學(xué)模型。結(jié)果表明:稻草基質(zhì)中COD釋放動力學(xué)符合一次線性方程(y=kx+b)。而對于不同基質(zhì)生態(tài)浮床TN,NH4+-N,NO3—N演變特性均符合分數(shù)動力學(xué)(a1),R2介于0.956和0.999之間;稻草基質(zhì)生態(tài)浮床的TN,NH4+-N,NO3--N去除速率常數(shù)(k*)和水生植物生長動力學(xué)常數(shù)(k*)也明顯高于空心球基質(zhì)生態(tài)浮床和無基質(zhì)傳統(tǒng)生態(tài)浮床。不同基質(zhì)生態(tài)浮床TN,NH4+-N,NO3--N去除動力學(xué)方程為:(?)此外,研究了低溫條件下(4.3-9.2℃),稻草基質(zhì)生態(tài)浮床脫氮特性。研究結(jié)果顯示:稻草基質(zhì)生態(tài)浮床能使TN從1.32-2.97 mg/L下降到0.05-0.66 mg/L,而陶�；|(zhì)生態(tài)浮床僅能使TN從1.32-2.97 mg/L下降到0.05-1.32 mg/L,出水NH4+-N和NO3--N沒有明顯差異,但是陶�；|(zhì)生態(tài)浮床出水NO2--N積累濃度明顯高于稻草基質(zhì)生態(tài)浮床。通過研究表明,稻草作為生態(tài)浮床基質(zhì)顯示出較為明顯的優(yōu)勢,具備了強化生物脫氮的潛力(成功掌握了常溫和低溫效果)。但是也存在以下問題值得后續(xù)研究:(1)稻草中的水溶性物質(zhì)在使用過程不斷釋放而容易引起二次污染;(2)掌握稻草中碳源釋放途徑和精確的調(diào)控方法,對稻草應(yīng)用于生態(tài)浮床系統(tǒng)意義較大;(3)如何實現(xiàn)稻草基質(zhì)生態(tài)浮床系統(tǒng)脫氮效果的穩(wěn)定性和持久性仍然值得深入研究。
【學(xué)位單位】：中國礦業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位年份】：2015
【中圖分類】：X171.4
【部分圖文】：

口數(shù)量不斷增加、工農(nóng)業(yè)進程不斷加快和人類環(huán)保意識仍然較生產(chǎn)和生活過程中向環(huán)境排放大量的廢物，而水體成為這些廢一，當(dāng)這些廢物濃度和數(shù)量超過水體的自凈能力和環(huán)境容量后、水質(zhì)質(zhì)量和使用價值等方面將嚴重受損，其后果包括水體生人類健康等，從而使社會、經(jīng)濟和生態(tài)環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展受到紀 60 年代末，富營養(yǎng)化問題在全世界范圍爆發(fā)，全球范圍內(nèi) 30庫遭受不同程度影響。如：西班牙的 800 余座水庫中，至少 1狀態(tài)，在南美、南非、墨西哥及加拿大都有大量的富營養(yǎng)化的3 中國環(huán)境狀況公報》顯示：長江、黃河、珠江、松花江、淮河七大流域的國控斷面中，Ⅳ～Ⅴ類和劣Ⅴ類水質(zhì)的斷面比例達0.2%。在監(jiān)測的 60 個湖泊（水庫）中，富營養(yǎng)化狀態(tài)的湖泊（]。資料顯示，我國有超過 66%和 22%的湖泊出現(xiàn)富營養(yǎng)化和超 1-1 為 2010 年江蘇省太湖藍藻衛(wèi)星遙感監(jiān)測圖片。其中水體中、硝酸鹽等）和磷濃度超標是水體產(chǎn)生富營養(yǎng)化的主要成因之

對于水底森林系統(tǒng)而言，對水體的透明度、溶對于異位修復(fù)生物反應(yīng)器（系統(tǒng)）而言，生態(tài)而地表水體中引起富營養(yǎng)化的物質(zhì)中主要是有和病原微生物等等[13, 22, 23]度和復(fù)雜度來說，氮素污染物是較難的，特別是中研究的熱點和重點領(lǐng)域[24]。藝(Ecological floating beds)工藝凈化機理原理基于無土栽培技術(shù)，就是把植物種植于可以泡沫板，竹子等）之上，通過基質(zhì)（如海綿，物的根系伸入污染水體之中，通過植物根系的凈化作用來去除水體中的氮、磷以及大的顆粒浮床具體機理有如下：

組合式生態(tài)浮床還具有提高水體可生化性的能力。運用組合式生態(tài)浮床把原先可生化性較差的湖水 B/C 由 0.18 提高到 0.87。圖1-3 組合式生態(tài)浮床（摘自李先寧, 等. 2010）Figure 1-3 An integrated ecological floating bed (from Li X. N., et al., 2010)但是組合式生態(tài)浮床也有其自身的缺點，主要有以下兩個方面：①生物膜中硝化菌數(shù)量不占優(yōu)，使脫氮效果受到限制。污水中氮的去除方式一方面是通過植物和基質(zhì)的吸收，另一方面則是通過微生物的硝化、反硝化作用來完成。其中，通過反硝化作用將硝態(tài)氮和亞硝態(tài)氮轉(zhuǎn)化為氮氣排出的方式是主要的脫氮方式[47]。因此，反硝化細菌在浮床系統(tǒng)中占有重要作用。在大多數(shù)自然水生生態(tài)系統(tǒng)中，如浮床和天然濕地，由于反硝化細菌的生長速度緩慢，短期的脫氮效果是有限的[48]。②受水體影響較大，反硝化細菌大都是異養(yǎng)菌種，其生命活動需要外來的碳源，如果水體中可以作為反硝化細菌的碳源物質(zhì)有限，這就會大大制約反硝化進程。1.4.3 加強型生態(tài)浮床為了提高脫氮除磷效率

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本文編號：2834379