【摘 要】
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生态浮床由于其绿色经济、不额外占地以及富有观赏性而被广泛应用于富营养化景观水体的净化中,而再生水补给的景观水体一般具有低碳氮比及主要为硝酸盐氮的特征,碳源不足经常成为限制生态浮床净化再生水补给景观水体的重要因素。基于此,本研究首先通过监测设置传统生态浮床后的实际再生水补给景观水体的水质变化,然后通过设置生态浮床(EFB)、悬挂植物碳源的强化生态浮床(C-EFB1)和填充植物碳源的强化生态浮床(C-
【基金项目】
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国家自然科学基金面上项目(No.52170172); 陕西省重点产业创新链(群)项目(No.2021ZDLSF05-04); 西安市科技局社会发展科技创新示范项目(No.20SFSF0011);
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生态浮床由于其绿色经济、不额外占地以及富有观赏性而被广泛应用于富营养化景观水体的净化中,而再生水补给的景观水体一般具有低碳氮比及主要为硝酸盐氮的特征,碳源不足经常成为限制生态浮床净化再生水补给景观水体的重要因素。基于此,本研究首先通过监测设置传统生态浮床后的实际再生水补给景观水体的水质变化,然后通过设置生态浮床(EFB)、悬挂植物碳源的强化生态浮床(C-EFB1)和填充植物碳源的强化生态浮床(C-EFB2)对模拟再生水补给景观水体的净化效果试验,探究植物碳源的添加以及植物碳源投加位置对生态浮床强化脱氮的效果影响。本研究可为植物碳源强化生态浮床净化再生水补给景观水体水质的应用提供指导,并为浮床植物收割后的资源化利用提供有效途径。主要结果及结论如下:1)对铺设和未铺设生态浮床的实际景观水体水质的监测结果表明,与对照相比,生态浮床对水中浊度、COD、TN、NH4+-N、NO3--N、TP、藻密度和Chl-a浓度的平均去除率分别为6.9%、23.2%、20.85%、24.15%、15.68%、40.24%、35.51%和28.16%。因此,生态浮床对再生水补给的景观水体水质净化效果有限。此外,监测结果也表明,再生水补给的景观水体C/N比低,生态浮床对其中NO3--N去除效果不佳。因此,有必要在生态浮床中额外引入碳源以强化其对再生水补给景观水体中NO3--N的去除。2)以菖蒲为植物碳源,当含水率为58%、粒径为8 cm时,植物碳源COD释放速率最慢,为11.7 mg/d,满足其作为缓释碳源的要求。植物碳源72 h浸出液BOD5/COD值为0.65,具有较强的可生化性。同时,通过测定植物碳源72 h浸出液反硝化性能及反硝化前后浸出液中DOM含量变化,证明菖蒲植物碳源释放的有机碳多为络氨酸蛋白类物质,易被反硝化细菌利用。3)C-EFB1和C-EFB2中植物碳源的引入对模拟的再生水补给景观水体水质有良好的改善并可保持相对稳定。整个试验中,C-EFB1对TN、NO3--N、藻密度和Chl-a的平均去除率分别为62.24%、92.84%、79.01%、67.87%,C-EFB2对TN、NO3--N、藻密度和Chl-a浓度的平均去除率分别为64.24%、92.24%、76.82%、51.41%,两个强化生态浮床系统均可将景观水体水质保持在《地表水环境质量标准GB3838-2002》Ⅳ类水标准限值内。碳源不同的添加方式会对碳源释放速率有一定的影响,其中填充方式下,碳源释放速率更加缓慢,但对强化生态浮床净化水中污染物的去除效率影响不显著(p<0.05)。同时,植物碳源并未对水体造成二次污染,安全性较好。4)植物碳源的引入可以促进浮床植物的旺盛生长。试验结束时,C-EFB1系统中千屈菜与菖蒲生物质干重增加量比EFB系统分别高8.7%和113%。同时,植物碳源促进了沉积物中NO3--N的去除。添加植物碳源后,生态浮床系统中微生物群落结构发生较大改变,微生物风度与多样性大幅提高。其中,Proteobacteria、Bacteroidetes、Actinobacteria、Chloroflexi和Firmicutes等与脱氮相关的功能菌的相对丰度大幅提高。
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