海绵铁耦合生物炭强化人工湿地脱氮除磷效能及机理研究

来源 :哈尔滨工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:yangyilong
下载到本地 , 更方便阅读
声明 : 本文档内容版权归属内容提供方 , 如果您对本文有版权争议 , 可与客服联系进行内容授权或下架
论文部分内容阅读
随着国家与社会对水资源节约与保护意识的增强,污水不再局限于达标排放,而是需要满足中水回用和生态补水的需求。污水的再生与回用能够有效解决我国长期存在的水资源短缺问题,同时能减轻下游水体污染、保护生态环境。人工湿地是一种“绿色”并且亲近自然的处理技术,具有建设成本低、运行稳定、维护简单等优点。然而,传统的人工湿地系统对营养元素(氮、磷)没有很好的去除效果,并且不能充分发挥基质填料的功能。此外,污水厂二级出水中,往往存在着低C/N比,硝酸盐浓度高的问题。通过功能基质强化自养反硝化能有效解决此类问题。基于此,本研究在传统垂直流人工湿地中引入海绵铁与生物炭复合基质,通过长期运行评估系统对污水厂低C/N二级出水的脱氮除磷处理效能及稳定性,并重点探究该强化型人工湿地系统中氮的迁移转化规律及温室气体排放情况。综合不同形态氮的时空变化及微生物群落结构的组成解析脱氮路径,并计算人工湿地系统内部各组成对脱氮的贡献。主要结论如下:构建了功能基质层分别为生物炭、海绵铁生物炭、海绵铁砾石的人工湿地系统,并以传统砾石构建的人工湿地系统作为对照,比较其处理城镇生活污水处理厂二级出水深度脱氮除磷的性能。在C/N=4的条件下,海绵铁生物炭人工湿地系统对TP和TN的平均去除率分别为93.8%、77.3%,相较于传统砾石人工湿地系统提升了2.87倍和1.63倍。在处理效率提高的同时产生了较高的CH4排放(铁炭系统:1.45 mg/m~2/h、砾石系统:0.09 mg/m~2/h),但显著降低了N2O的排放(铁炭系统:0.01 mg/m~2/h、砾石系统:0.97 mg/m~2/h)。当降低C/N为2时,海绵铁生物炭人工湿地系统对TP和TN的平均去除率分别为92.7%、77.9%,降低C/N前后去除效率并没有显著变化。随着C/N的降低,海绵铁生物炭系统的CH4排放降低了56.6%(0.63 mg/m~2/h),N2O排放维持原有水平。相比之下,砾石系统由于反硝化能力不足导致NO3--N的积累,使得TN去除效率仅3.5%,TP去除效率仅为58.5%。整个运行阶段,海绵铁生物炭系统在保持高效氮磷去除的同时,其全球升温潜能值(GWP)仅为砾石系统的30%。海绵铁的添加可以有效弥补系统有机碳源不足反硝化效率低的问题,但其构造的低DO和ORP环境不利于NH4+-N的去除,铁炭系统和铁砾石系统出水NH4+-N均维持在2 mg/L左右。海绵铁砾石人工湿地系统由于溶解氧不足,自身体系中无法形成足够的铁氧化物,因此通过共沉作用强化TP的去除效能仅为62.8%。相比之下,海绵铁生物炭系统可以通过电解作用促进铁氧化物的产生,从而强化TP的去除(93.8%)。将各功能基质层由上到下每隔20 cm分为上、中、下三层,并考查周期内污染物的时空变化规律。研究发现,海绵铁生物炭系统各层均在4 h内就能将TP浓度降低至0.05 mg/L以下(进水0.5 mg/L),24 h后各层TN浓度均低于2.5 mg/L(进水12 mg/L)。海绵铁的添加可以快速降低进水DO浓度,从而有利于反硝化的进行。值得注意的是,海绵铁的添加会使得系统中p H快速升高,进水4 h后p H升高到9-10,对植物和微生物的代谢造成一定的抑制,然而生物炭的添加可以有效减缓p H的上升,使得中下层基质p H稳定在8-9之间。微生物结果显示,添加海绵铁会使得系统微生物群落结构发生显著改变,系统中微生物丰度和群落多样性下降,但与脱氮过程相关的微生物如陶厄氏菌属(Thauera)、乔治菌属(Georgenia)等相对丰度显著提升,海绵铁生物炭系统中Thauera、Georgenia的相对丰度分别为2.74%和8.75%,而在砾石系统中几乎没有检测到两种菌属。此外,泰斯拉球菌属(Tessaracoccus)在海绵铁生物炭与海绵铁砾石系统占有最大的比例,相对丰度分别为47.40%及29.84%,该菌属可能与铁还原有关,表明系统中存在着铁氧化-还原的循环过程,铁的循环对系统脱氮性能意义重大。氮元素平衡分析显示,在海绵铁生物炭系统中,植物吸收和基质填料吸附仅占总氮去除的0.9%和2.7%,超过95%的氮是通过反硝化作用去除的。
其他文献
偶氮染料由于合成工艺相对简单,且染色效果好、成本低,使其成为在纺织印染行业中使用最为广泛的一类工业染料。然而,在纺织工业产生过程中会产生大量色度高、难降解的印染废水,如果没有经过妥善处理进入环境中就会造成环境污染,并对人体健康造成危害。在众多处理技术当中,厌氧生物处理技术被认为是处理有机废水最有效的方法之一,作为一种低能耗、绿色可持续的处理技术已经得到广泛应用。然而,由于厌氧反应中的电子传递效率较
学位
人物访谈节目中访谈行为的过程实质上是访谈节目主持人同访谈对象之间的人际交往过程,访谈节目主持人要作为这场人际交往过程的话题引导者在镜头下同访谈对象进行言语交流,从而在交流中碰撞出火花。既然是人与人之间的沟通,就容易受到传播心理的影响,积极的影响能够给节目的制作和传播带来正向效果,那消极的影响就会给访谈节目带来较大的副作用。主持人由于经受过良好的镜头前训练可以更好地把控自身的心理所带来的影响,但访谈
学位
“人格化、人际性”是主持传播的要义与精髓所在。随着媒介技术的不断演进,主持人以人际传播的优势出现在大众传播之中,营造了“拟态”的交流氛围,一定程度上弥合了以往报纸等静态媒介所造成的“情感鸿沟”。然而,形式的创新(主持人的出现)却无法保证节目的优良传播效果。传播过程中所存在的“隔阂”亦会成为负面的牵掣。因此,消解“隔阂”成为亟待解决的问题。在主持传播领域中,“隔阂”存在于方方面面。主持人与团队之间的
学位
近年来,以我国北方某水源地河流为代表的北方寒冷地区水源水中,出现了摇蚊幼虫,当摇蚊幼虫在水源水中大量繁殖时,净水厂常规水处理工艺并不能完全消除摇蚊幼虫产生的影响,从而对供水系统形成了污染控制压力。为解决北方寒冷地区水源水中摇蚊幼虫的聚集增长,对供水系统产生的污染问题,开展了对摇蚊幼虫污染的“对象识别-预警-控制”相关研究,取得了具有实际工作指导意义的研究成果。以北方某水源地河流为例,研究摇蚊幼虫的
学位
近年来,药品与个人护理品(PPCPs)在水体环境、沉积物、土壤污染等领域的研究备受关注,成为新型污染物方向的研究热点。PPCPs是一类新型微污染物,具有环境稳定性、难降解性以及生物累积性等特点,对生态环境和人体健康产生破坏。本论文选用β-环糊精(β-CD)对海藻酸钠气凝胶进行交联改性,并将改性后的材料耦合超滤系统,考察了其对6种典型PPCPs微污染物的去除性能,并探究其去除机理。通过β-CD交联改
学位
随着抗生素和塑料制品在工业和生活中的过量使用,导致水体环境中的抗生素和微塑料污染日趋严重。抗生素能够对水生生物的生长繁殖等生理功能造成严重损伤。而微塑料不仅自身会对水生生物造成不良影响,还由于其具有体积小、比表面积大和疏水性强等特征,导致微塑料很可能吸附水体环境中的抗生素并最终改变其生物毒性。而目前关于微塑料对抗生素生物毒性的综合影响,特别是关于微塑料影响抗生素对微藻毒性的机制研究较少。因此,为探
学位
合作原则的遵守或违反,可以提升或影响谈话的质量与效果,作用于戏剧、翻译、幽默,却鲜少聚焦于主持人语言运用及规律研究。而合作原则置于主持人语言研究中,将拓展主持人在文化类访谈节目中的语用策略,提升主持人语言表达效率,强化访谈效果,推动节目传播的自更新。文化类访谈节目,力求溶解精英文化、通俗文化的边界,打破传播的固化圈层。节目中主持人与嘉宾的谈话,也可以视为特殊语境下的一种交际过程,合作原则在其中,不
学位
1986年斯波伯(Dan Sperber)和威尔逊(Deirdre Wilson)于《关联性:交际与认知》一书中提出关联理论,其作为认知语用学的理论之一,阐述了“人类交际的内在机制”。幽默作为人们日常生活、交际中不可或缺的元素之一,不仅可以营造出轻松愉悦的交际氛围,还有助于培养传受双方形成乐观积极的处事原则。网络视频主持人节目是基于互联网技术手段催生的新型节目形态,其创作空间的广阔性也可以通过对于
学位
随着世界能源需求的增加,氢气和生物柴油等可再生能源的生产引起了广泛关注。利用剩余污泥发酵制氢,并以剩余污泥发酵液培养微藻,不仅可以收获微藻油脂,还能实现生物质能的回收。因此,本研究对剩余污泥进行预处理,同时利用鼠李糖脂的增溶作用强化剩余污泥发酵产氢效能,并以剩余污泥发酵液为产油微藻的培养基质,以回收资源、产生清洁能源。结果表明,热处理(100℃,30 min)能最大程度地抑制产甲烷菌群的活性。向热
学位
提升流域生态环境的质量是迈向生态振兴的重要一程,松花江流域地幅辽阔,矿产森林土地等资源得天独厚,工农产业为经济发展的主体。流域经济发展过程中人类活动引入的超量氮素已成为胁制松花江水体生态健康的重要环境问题,因此定量剖析松花江流域长时间尺度的人类活动净氮输入(Net anthropogenic Nitrogen Input,NANI)及其输入特征变化,解析氮素来源,有利于从根源上控制氮污染。本文以人
学位