植物落叶作为固体碳源用于城市地表水的修复

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城市地表水体的硝酸盐污染已经成为各国需要处理的一个严重问题,硝酸盐去除也是防治水体富营养化的关键,硝酸盐的去除需要水体中有可以被氧化成电子供体的碳源,不幸的是,我国大多数城市地表水体缺少可以被反硝化菌有效利用的可生化性好的有机碳源。例如上海市地表水体普遍缺乏硝态氮反硝化所需要的电子供体,完全反硝化要求BOD5/TN比例要大于4以上,但上海地表水中BOD5/TN的比值为1.1左右,而且还有继续下降的趋势。实验利用城市园林落叶作为反硝化碳源,探究其是否具有作为电子供体促进硝酸盐降解的功能。分别采取不同实验方法来验证落叶浸出液作为反硝化碳源的可行性,包括恒温摇床摇瓶实验、气升式生物膜反应器等来探究。相关实验结果,如下所述:(1)梧桐、香樟、落叶松树叶经过浸渍,具有释放出可溶性COD的能力,香樟树叶浸出单位COD为77.4mg·g-1,梧桐为58.8mg·g-1,落叶松为52.2mg·g-1,其COD释放过程属于快速释放,在144h的碳释过程中80%的COD是在24h释放的,并且有有机酸成分放出,导致水体pH值下降。其中有机酸在12小时内可以释放出87%,所释放的有机酸主要为延胡索酸(C4H4O4),草酸(H2C2O4),柠檬(C6H8O7),苹果酸(C4H6O5)。(2)外界环境因子对梧桐树叶碳释的释放有影响,温度的上升会促进COD的释放,固液比的增加和pH值的上升都会抑制COD的释放,三种因素对COD释放的影响程度大小为pH值>固液比>温度。(3)以梧桐树叶浸出液和香樟树叶可以作为有机碳源进行反硝化,其硝酸盐平均去除速率分别为2.19mg NO3-N/h和2.052mg NO3-N/h,而甲醇、乙酸和葡萄糖为碳源时,硝酸盐去除速率分别为2.29、2.26和1.87mg NO3-N/h,其速率略低于甲醇和乙酸,而高于葡萄糖,其反硝化效果甲醇>乙酸>梧桐树叶浸出液>香樟树叶浸出液>葡萄糖,在反硝化过程中,7.5mg当量的梧桐树叶浸出液的COD可以完全去除1mg硝酸盐污染,且不会在水体中产生亚硝酸盐的积累。(4)采取可见光分光光度法可以分析树叶浸出液的色度,其吸光率和其浓度之间的相关系数达到0.9922,采取臭氧曝气的方法可以去除树叶浸出液中的植物色素,去除速率为15.97度/h,采取臭氧和紫外耦合去除树叶浸出的色素,并没有提升其去除色度的速率,在色度去除过程中,色素分子被降解成有机酸,导致pH值下降,同时不同方式(紫外、臭氧、耦合)前处理的树叶浸出液,作为反硝化碳源时,系统中硝态氮降解速率分别为2.1408mg/h、2.3473mg/h、2.32281mg/h,采取臭氧前处理后,硝态氮降解速率相对于原液提升速度最高,达到63.94%。前处理最优时间为90min,这个时间段的树叶浸出液作为反硝化碳源的利用效果最优。终上所述,梧桐、树叶浸出液等园林废弃物浸出液具有作为反硝化碳源的功能,在活性污泥系统和生物膜系统,都可以充当反硝化电子供体的角色,采取臭氧前处理的方法,可以有效去除浸出液的色度,同时进一步增加碳源的反硝化性,具有广阔的应用用途,对今后的实践研究有一定的指导意义。
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