【摘要】：農(nóng)田低污染水是湖泊水體氮污染重要來源之一,針對農(nóng)田低污染水C/N比低、N03--N占比高的特點,在表面流人工濕地微生態(tài)環(huán)境模擬裝置中,采用靜態(tài)試驗方式,以洱海周邊常見的12種水生植物作為異養(yǎng)反硝化植物碳源,并以硫單質(zhì)為自養(yǎng)反硝化電子供體,提出了植物-硫混養(yǎng)反硝化強化農(nóng)田低污染水脫氮工藝,同時與植物異養(yǎng)反硝化工藝進行比較,揭示其脫氮機理。主要結(jié)論如下:(1)根據(jù)植物碳源釋放情況,按照C/N比5.0為界,將273 d試驗期分為三個階段:快速釋放Ⅰ期(0-6d,C/N比5.0)、穩(wěn)定釋放Ⅱ期(7-117d,C/N比5.0)和衰減釋放 Ⅲ 期(118-273 d,C/N 比5.0)。(2)12種植物異養(yǎng)反硝化裝置在快速釋放Ⅰ期有快速的NH4+-N、NO2--N、TP和COD積累,但隨后在穩(wěn)定釋放Ⅱ期和衰減釋放Ⅲ期得到有效去除和利用;裝置內(nèi)COD濃度、NO3--N去除率和反硝化速率均在快速釋放Ⅰ期內(nèi)達到峰值;穩(wěn)定釋放Ⅱ期時保持較高COD濃度、NO3--N去除率(47.2-95.3%)和反硝化速率(1.1-1.5 mg/L-d),其中苦草、茭草、黑藻、馬來眼子菜和水葫蘆相對較好;在衰減釋放Ⅲ期,COD濃度降低,因碳源不足導致NO3--N去除率(28.2-78.7%)和反硝化速率(0.4-1.3 mg/L·d)稍有下降,其中紙莎草、蘆葦、茭草、苦草和梭魚草相對較好。(3)12種植物-硫混養(yǎng)反硝化裝置在不同階段有類似植物異養(yǎng)反硝化裝置的NH4+-N、NO2--N、TP和COD積累及去除規(guī)律;其裝置內(nèi)COD濃度、NO3--N去除率和反硝化速率均在快速釋放Ⅰ期內(nèi)達到峰值;穩(wěn)定釋放Ⅱ期時保持較高COD濃度、NO3--N去除率(51.5-97.5%)和反硝化速率(1.1-1.5 mg/L·d),其中黑藻、狐尾藻、馬來眼子菜、蘆葦、茭草、苦草和水葫蘆相對較好;在衰減釋放Ⅲ期,COD濃度降低,雖碳源不足但由于硫自養(yǎng)反硝化的補充,仍能維持較好的NO3--N去除率(54.2-96.7%)和反硝化速率(0.9-1.2mg/L·d),其中梭魚草、蘆葦、香蒲、紙莎草、茭草、水葫蘆、苦草和黑藻相對較好。12種植物-硫混養(yǎng)反硝化裝置pH為6.5-9.0,無顯著差異(P0.05),pH在衰減釋放Ⅲ期內(nèi)有緩慢降低和硫酸根濃度在58 d后快速增高表明硫自養(yǎng)反硝化逐漸在脫氮過程中占主導。(4)12種植物異養(yǎng)反硝化裝置和植物異養(yǎng)-硫混養(yǎng)反硝化裝置內(nèi)植物腐解袋混合物中硝酸還原酶基因(narG)、亞硝酸還原酶基因(nirS)和氧化亞氮還原酶基因(nosZ)數(shù)量均明顯高于裝置底部土壤中數(shù)量,表明植物碎段表面有利于反硝化菌的附著、其釋放的碳源有利于反硝化菌的生長。且narG和nirS基因數(shù)量均明顯高于nosZ�；祓B(yǎng)反硝化系統(tǒng)內(nèi)narG和nirS總量基本上大于異養(yǎng)反硝化系統(tǒng)(narG:黃絲草除外;nirS:狐尾藻、黃絲草和紙莎草除外),僅水葫蘆、黑藻、狐尾藻、馬來眼子菜、蘆葦混養(yǎng)反硝化系統(tǒng)內(nèi)nosZ總量大于其余其異養(yǎng)反硝化系統(tǒng)。(5)以苦草-硫混養(yǎng)反硝化裝置(VSMD)和苦草異養(yǎng)反硝化裝置(VHD)為例進行詳細對比表明VSMD脫氮效能比VHD更高效穩(wěn)定。預測間歇流狀態(tài)條件下VSMD和VHD在穩(wěn)定釋放Ⅱ期和衰減釋放Ⅲ期COD、NH4+-N和NO2-N出水濃度均滿足《地表水環(huán)境質(zhì)量標準》Ⅱ類水標準(請確認VHD是否也滿足Ⅱ類水標準)。VSMD裝置內(nèi)narG和nirS基因總數(shù)大于VHD裝置,而nosZ基因總數(shù)則小于VHD裝置。(6)植物-硫混養(yǎng)反硝化強化農(nóng)田低污染水脫氮工藝是可行的,可實現(xiàn)植物碳源異養(yǎng)反硝化和硫自養(yǎng)反硝化協(xié)同脫氮,在脫氮效能上比植物異養(yǎng)反硝化工藝更高效穩(wěn)定,具有重要的研究與應用前景�？紤]植物易得性,推薦蘆葦、茭草和苦草等作為植物異養(yǎng)反硝化裝置和植物-硫混養(yǎng)反硝化工程應用的優(yōu)先植物碳源。
【學位授予單位】：中國環(huán)境科學研究院
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：X703

【參考文獻】

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本文編號：2796699