本文關(guān)鍵詞：鹽生植物人工濕地系統(tǒng)處理含鹽廢水的機(jī)制研究

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【摘要】：含鹽廢水是指含有較高濃度的可溶性固體無機(jī)鹽類的廢水,主要來源于海水代用以及印染廠、造紙廠、石油化工、農(nóng)藥生產(chǎn)和食品加工過程中產(chǎn)生的工業(yè)廢水。含鹽廢水的排放會污染土壤、地表水及地下水,并對環(huán)境產(chǎn)生極大的危害。含鹽廢水的處理大多是基于膜和滲透等脫鹽技術(shù),但是其造價(jià)和運(yùn)行成本太高,膜污染問題比較復(fù)雜。生物技術(shù),尤其是人工濕地,在脫鹽廢水中的應(yīng)用成為了近期的研究重點(diǎn)和熱點(diǎn)。鹽生植物和微生物的耐鹽機(jī)制的逐步發(fā)現(xiàn),為其在人工濕地去除含鹽廢水污染物中的應(yīng)用提供了理論基礎(chǔ)。由于人工濕地環(huán)境友好,運(yùn)行費(fèi)用低,處理效果好,因此研究鹽生植物人工濕地對含鹽廢水的處理有著重要的意義。本論文基于對自然和人工濕地的植物和氮循環(huán)微生物的實(shí)地調(diào)查與比較研究,選取兩種典型的耐鹽植物——蘆葦和鹽地堿蓬,構(gòu)建了兩種植物人工濕地污水處理小試系統(tǒng),研究其處理含鹽廢水的效果,掌握其微生物機(jī)制,得到的主要結(jié)論如下：(1)調(diào)查研究發(fā)現(xiàn)了自然鹽堿濕地-黃河三角洲土壤和水中的厭氧氨氧化細(xì)菌基因數(shù)量在所檢測的四類氮循環(huán)代表微生物中占絕對優(yōu)勢,通過對比發(fā)現(xiàn)人工濕地在去除氮污染物中比自然濕地更有優(yōu)勢。黃河三角洲近海段和遠(yuǎn)海段的土壤細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)無明顯差異,但是古菌中的廣古菌門和Woesearchaeota差異顯著,主要差別在于廣古菌門中的鹽桿菌綱和Woesearchaeota中的AR15-18,后者還有很大一部分是未知的,有進(jìn)一步研究的價(jià)值。與自然的鹽堿和非鹽堿濕地相比,大規(guī)模的人工濕地的氮轉(zhuǎn)化速率較高,且人工濕地的砂壤土使得基質(zhì)比較均勻,上下層都能保持較高的微生物數(shù)量和氮轉(zhuǎn)化速率。(2)鹽生植物人工濕地系統(tǒng)對含鹽廢水的處理達(dá)到了很好的效果。鹽地堿蓬和蘆葦濕地系統(tǒng)COD相對(與對照組的比值)去除率在鹽度0.7%左右達(dá)到了最佳,分別為83.44%和88.54%。蘆葦人工濕地氮相對去除速率在不同的鹽濃度下的差異不大,而鹽地堿蓬人工濕地的相對氮去除速率在鹽度為1.4%左右時(shí),相對氮去除速率最大為135.69%。對兩系統(tǒng)來說,總磷的相對去除效果均在鹽度1.4%時(shí)最大,鹽地堿蓬為100.06%,蘆葦人工濕地兩組實(shí)驗(yàn)組分別為174.43%和355.19%。在整個(gè)實(shí)驗(yàn)周期內(nèi),各濕地污水中鹽度的變化并不是很明顯。特別地,鹽地堿蓬在1.4%左右和蘆葦在0.7%左右,添加厭氧氨氧化細(xì)菌的組鹽度反而升高,但是該現(xiàn)象尚未被重復(fù)驗(yàn)證,有待進(jìn)一步的研究。(3)通過物質(zhì)的流向與分配的研究,明確了鹽生植物人工濕地系統(tǒng)碳氮磷的基本去路。系統(tǒng)生物好氧分解代謝而以氣體形式排出是濕地有機(jī)碳去除的主要途徑,其次是植物的固定作用,排水和基質(zhì)蓄積作用貢獻(xiàn)最��；鹽地堿蓬濕地中,厭氧氨氧化作用使得氮的轉(zhuǎn)化比未接種的要多,接種了厭氧氨氧化細(xì)菌的蘆葦濕地中,高鹽比無鹽環(huán)境的競爭力更弱,大部分氮經(jīng)由出水途徑而非其他微生物過程；厭氧氨氧化細(xì)菌對磷的相關(guān)降解菌有一定地抑制作用。(4)通過植物耐鹽性的研究,明確了植物損傷程度對含鹽廢水處理的影響。鹽度對蘆葦?shù)膿p傷程度大于鹽地堿蓬。因此,在鹽度達(dá)到1.4%,甚至2.1%時(shí),鹽地堿蓬植物的完整性較蘆葦好,因此其在每個(gè)鹽度的去除效率都要比蘆葦高。不同的耐鹽機(jī)制,導(dǎo)致鹽地堿蓬和蘆葦?shù)闹仓暝诓煌}度下受到不同程度的損傷,進(jìn)而影響了二者對含鹽廢水的處理效果。(5)通過氮循環(huán)微生物數(shù)量的測定,明確了氮循環(huán)微生物對含鹽廢水的處理機(jī)制。厭氧氨氧化比氨氧化細(xì)菌更能適應(yīng)并抵抗高鹽度,可能對水質(zhì)的處理有很大的貢獻(xiàn)。在高鹽度下(本研究中0.7%以上均為高鹽度),與氨氧化細(xì)菌和厭氧氨氧化細(xì)菌相比,亞硝酸鹽氧化菌(本研究中的硝化螺菌屬)對鹽度較為敏感,導(dǎo)致人工濕地微生物硝化反應(yīng)受到較大抑制。厭氧氨氧化細(xì)菌對鹽度有較強(qiáng)的抗逆性,其參與的CANON工藝為污染物的去除提供了一條高效的途徑。鹽生植物和厭氧氨氧化細(xì)菌應(yīng)用到人工濕地處理含鹽廢水中,不僅能有效地提高污染物的去除效果,還能節(jié)約處理成本,實(shí)現(xiàn)大面積地含鹽廢水的深度處理。對增加濕地附加值、提高社會經(jīng)濟(jì)效益有重要的價(jià)值。本論文的研究結(jié)果為強(qiáng)化CANON工藝在鹽生植物人工濕地處理含鹽廢水中的應(yīng)用提供了基礎(chǔ)的理論與實(shí)踐依據(jù),為濕地優(yōu)化提供參考,對凈化含鹽廢水,保護(hù)水環(huán)境有重要的意義。
【關(guān)鍵詞】：含鹽廢水 人工濕地 鹽生植物 CANON工藝
【學(xué)位授予單位】：山東大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：X703
【目錄】：

• 摘要10-12
• ABSTRACT12-15
• 第一章 前言15-24
• 1.1 含鹽廢水的定義與來源15-16
• 1.1.1 食品加工業(yè)15
• 1.1.2 制革工業(yè)15
• 1.1.3 石油工業(yè)15-16
• 1.1.4 海水養(yǎng)殖業(yè)16
• 1.2 含鹽廢水的處理方法16-18
• 1.2.1 物理化學(xué)法16-17
• 1.2.2 生物法17-18
• 1.3 人工濕地含鹽廢水處理系統(tǒng)的研究18-22
• 1.3.1 人工濕地簡介19-20
• 1.3.2 鹽生植物20
• 1.3.3 CANON過程20-22
• 1.4 研究目的、研究內(nèi)容及技術(shù)路線圖22-24
• 1.4.1 研究目的22
• 1.4.2 研究內(nèi)容22-23
• 1.4.3 技術(shù)路線圖23-24
• 第二章 調(diào)查自然和人工濕地中的氮循環(huán)微生物24-46
• 2.1 取樣地及取樣方法24-26
• 2.1.1 自然鹽堿濕地24-25
• 2.1.2 三類不同濕地25-26
• 2.2 測試方法26-30
• 2.2.1 基本測試指標(biāo)26
• 2.2.2 樣品DNA的提取26-28
• 2.2.3 微生物基因的定量與高通量測序28-30
• 2.2.4 氮轉(zhuǎn)化速率的測定-培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)30
• 2.3 鹽堿濕地微生物分布及其影響因子研究30-37
• 2.3.1 水和土壤的理化因子30-31
• 2.3.2 土壤、水及鹽生植物根系微生物的豐度分析31-34
• 2.3.3 土壤微生物的群落結(jié)構(gòu)分析34-37
• 2.4 三類濕地氮轉(zhuǎn)化規(guī)律比較研究37-45
• 2.4.1 土壤和水中的理化因子37-38
• 2.4.2 氮轉(zhuǎn)化速率38-42
• 2.4.3 土壤微生物豐度分析42-43
• 2.4.4 氮轉(zhuǎn)化速率、氮轉(zhuǎn)化基因和環(huán)境因子之間的關(guān)系43-45
• 2.5 本章小結(jié)45-46
• 第三章 鹽生植物人工濕地對含鹽廢水污染物去除效果的研究46-56
• 3.1 材料與方法46-49
• 3.1.1 實(shí)驗(yàn)裝置46-47
• 3.1.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)47-48
• 3.1.3 基本測試指標(biāo)48-49
• 3.2 人工濕地水質(zhì)處理效果49-55
• 3.2.1 COD去除效果49-50
• 3.2.2 三氮去除效果50-52
• 3.2.3 TP去除效果52-54
• 3.2.4 鹽度54-55
• 3.3 本章小結(jié)55-56
• 第四章 鹽生植物人工濕地對含鹽廢水污染物去除機(jī)制的研究56-67
• 4.1 物質(zhì)流向與分配56-61
• 4.1.1 材料與方法56-58
• 4.1.2 鹽生植物人工濕地系統(tǒng)碳循環(huán)過程58-59
• 4.1.3 鹽生植物人工濕地系統(tǒng)氮循環(huán)過程59-60
• 4.1.4 鹽生植物人工濕地系統(tǒng)磷循環(huán)過程60-61
• 4.2 植物耐鹽性61-63
• 4.2.1 植物葉片丙二醛含量61-62
• 4.2.2 植物葉片可溶性糖含量62-63
• 4.3 微生物機(jī)制63-66
• 4.3.1 鹽地堿蓬人工濕地63-64
• 4.3.2 蘆葦人工濕地64-66
• 4.4 本章小結(jié)66-67
• 第五章 結(jié)論及建議67-70
• 5.1 結(jié)論67-69
• 5.1.1 鹽生植物人工濕地對含鹽廢水污染物的去除效果67-68
• 5.1.2 鹽生植物人工濕地處理含鹽廢水的機(jī)理68-69
• 5.2 建議69-70
• 參考文獻(xiàn)70-84
• 致謝84-85
• 攻讀學(xué)位期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文85-86
• 碩士期間參與的科研項(xiàng)目86
• 碩士期間獲得獎(jiǎng)勵(lì)86-87
• 附件87

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本文編號：921575