论文部分内容阅读
随着我国经济的快速发展,污染物的排放量和种类也在不断增加,导致众多水体中出现了重金属、氮磷等污染物超标现象。水环境中的污染物往往不是以单一污染的形式存在的,而是以复合污染的形式存在。多种污染物共存时会产生协同或拮抗等作用,使水污染问题复杂化,因此复合污染治理引起越来越多的关注。营养盐和重金属是水环境中常见的污染物,本文以水体中的无机氮和铜复合污染为去除对象,先是分别研究了玉米芯和活性污泥对废水中无机氮和铜在单一及复合污染情况下的吸附特征;再是研究了玉米芯联合活性污泥对无机氮和铜单一污染物及复合污染物的吸附特征,并在此基础上构建了菌料（玉米芯-微生物）耦合系统;最后进一步研究了流水状态下玉米芯-微生物耦合系统同步去除营养盐重金属复合污染的效果及其影响因素。本论文旨在为水体复合污染的同步去除提供理论依据和技术支持。本文的主要结论如下:（1）单一污染情况下,玉米芯对NH4+和Cu2+的吸附量分别达0.058 mg·g-1和0.018 mg·g-1,但对NO3-没有表现出明显的吸附能力;二元复合污染情况下,Cu2+的存在对玉米芯吸附NH4+产生了极显著的促进作用（P＜0.01）,NO3-的存在对玉米芯吸附NH4+表现出极显著的抑制作用（P＜0.01）,而NH4+、NO3-的存在均会极显著的促进玉米芯对Cu2+的吸附（P＜0.01）;三元复合污染情况下,共存离子NO3-、Cu2+对NH4+的吸附表现出极显著的抑制作用（P＜0.01）,而共存离子NH4+、NO3-对Cu2+的吸附均有明显的促进作用。此外,玉米芯对NH4+的吸附过程符合Langmuir吸附等温模型,而吸附动力学则与准一级动力学方程和准二级动力学方程拟合度均较高;玉米芯吸附Cu2+的过程与Langmuir吸附模型拟合度最高,吸附动力学遵循准二级动力学模型。（2）单一污染情况下,活性污泥对NH4+和Cu2+的吸附量分别达6.30 mg·g-1和1.38 mg·g-1,但对NO3-无明显的吸附效果;二元复合污染情况下,当Cu2+、NO3-分别和NH4+共存时均可促进活性污泥对NH4+的吸附,且NO3-表现出更显著的促进作用,而NH4+、NO3-的存在均会极显著的抑制活性污泥对Cu2+的吸附（P＜0.01）;三元复合污染情况下,NO3-、Cu2+的存在会促进活性污泥对NH4+的吸附,而NH4+、NO3-的存在会对活性污泥吸附Cu2+产生显著的抑制作用（P＜0.05）。另,活性污泥吸附NH4+和Cu2+的过程均符合Langmuir吸附等温模型,活性污泥吸附NH4+和Cu2+的吸附动力学过程与准一级动力学方程和准二级动力学方程拟合度均较高。（3）单一污染情况下,玉米芯联合活性污泥对Cu2+的去除率可达86.65%,对NH4+的去除率达54.47%,但对NO3-仍没有表现出吸附效果;二元复合污染情况下,Cu2+、NO3-的存在均会对玉米芯联合活性污泥吸附NH4+产生不同程度的抑制作用,而NH4+、NO3-的存在均会对玉米芯联合活性污泥吸附Cu2+产生明显的抑制作用;三元复合污染情况下,NH4+、NO3-的存在会对玉米芯联合活性污泥吸附Cu2+产生明显的抑制作用,同样Cu2+、NO3-的存在也会抑制玉米芯联合活性污泥对NH4+的吸附。构建的菌-料耦合系统对NH4+、NO3-和Cu2+的最大去除率分别为73.61%、91.86%和86.48%。微生物群落结构分析结果表明:耦合系统运行第7天的微生物与构建耦合系统时所用的微生物相比丰度和多样性均有所下降,构建时所用的微生物优势种群是绿弯菌门（Chloroflexi,30.17%）、变形菌门（Proteobacteria,22.59%）、拟杆菌门（Bacteroidota,20.60%）和厚壁菌门（Firmicutes,28.45%）,实验后优势种主要有拟杆菌门（Bacteroidota,42.10%）、厚壁菌门（Firmicutes,37.29%）和变形菌门（Proteobacteria,16.18%）。（4）玉米芯-微生物耦合系统对复合污染物的去除率均随着进水流速的增大而降低。流速从20 m L·min-1提高到50 m L·min-1的过程中,NH4+-N的去除率从最高的81.81%下降至32.49%;NO3--N的去除率从最高的81.73%降至30.66%;TN去除率从最高的76.34%降至29.4%;Cu2+去除率从最高的87.78%降至29.4%。同时,初始Cu2+浓度的增大会降低耦合系统对复合污染物的去除率。初始Cu2+浓度从2 mg·L-1提高到8 mg·L-1的过程中,NH4+-N去除率从最高的81.81%降至20.25%;NO3--N去除率从最高的81.73%降至27.90%;TN去除率从最高的76.34%降至29.65%;Cu2+去除率从最高的87.78%降至28.57%。此外,水温的增高能促进玉米芯-微生物耦合系统对复合污染物的去除率。水温从15℃提高到35℃的过程中,NH4+-N去除率从最低的23.02%升至95.03%;NO3--N去除率从最低的27.00%升至92.42%;TN去除率从最低的29.65%升至85.34%;Cu2+去除率从最低的30.26%升至98.88%。综上,在实际应用过程中,为保证耦合系统对污染物的去除效率,建议进水流速不宜高于50 m L·min-1,温度不宜低于15℃,初始Cu2+浓度不宜高于8 mg·L-1。